90度彎頭內(nèi)孔加工方法的研究

王景奕，高 霄

(長春理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，長春 130022)

0 引言

出于航空航天、國防科技、新能源、精密機(jī)械等前沿技術(shù)的迫切要求，對(duì)各種流體輸送管路的精度要求越來越高，尤其是對(duì)管路彎曲處的連接件——各種角度的彎頭內(nèi)表面的加工精度要求越來越高。然而，目前國內(nèi)外所能生產(chǎn)的彎頭內(nèi)孔粗糙度較高，圓度及平整度較低。由于鏜床和車床本身的結(jié)構(gòu)功能和彎頭內(nèi)孔有限空間的限制，不能對(duì)彎頭的彎曲內(nèi)孔進(jìn)行加工［1］。雖然目前數(shù)控機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的加工，但是同樣由于有限空間的限制，也無法實(shí)現(xiàn)90度彎頭內(nèi)孔的加工。例如:法國僅僅能夠?qū)?0度彎頭采用數(shù)控機(jī)床切削加工的方式，且得到的是非標(biāo)準(zhǔn)彎曲圓柱面。

0.1 目前鑄造彎頭及壓制彎頭加工方法

目前，鑄造彎頭及壓制彎頭在國內(nèi)都無法實(shí)現(xiàn)其彎曲內(nèi)孔的加工，只能進(jìn)行人工打磨，方法如下:(1)由彎頭毛坯劃出其彎曲曲率半徑中心線，在其兩端找正圓線且水平找正圍線;

(2)按照上一步的劃線，在立車上車削其外圓，留下一定余量從而進(jìn)行打磨平整。

(3)以上一步打磨光滑的外圓為基準(zhǔn)，劃出彎頭的內(nèi)外圓經(jīng)緯網(wǎng)格線，并標(biāo)注記號(hào)。

(4)測量其內(nèi)外圓網(wǎng)格交叉點(diǎn)的壁厚，并以表格記錄測量結(jié)果。

(5)按照測量結(jié)果與理論壁厚計(jì)算各點(diǎn)的磨削量，并將其以表格形式記錄。

(6)按照表格數(shù)據(jù)，使用手電鉆鉆出打磨基準(zhǔn)并留出余量。

(7)按基準(zhǔn)對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行打磨，使用粗磨樣板進(jìn)行對(duì)比，保證其平整度及圓度的同時(shí)保證厚度。

(8)對(duì)(3)-(7)步反復(fù)操作，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。

0.2 目前鑄造彎頭及壓制彎頭加工方法缺點(diǎn)

4.城鄉(xiāng)居民基本醫(yī)療保險(xiǎn)。參保個(gè)人繳費(fèi)采取銀行托收方式，社保機(jī)構(gòu)與各類商業(yè)銀行簽訂托收城鄉(xiāng)居民基本醫(yī)療保險(xiǎn)費(fèi)協(xié)議，簽約銀行從參保人員銀行賬戶中按戶托收個(gè)人應(yīng)繳納的基本醫(yī)療保險(xiǎn)費(fèi)，并轉(zhuǎn)存到社保機(jī)構(gòu)指定的專用戶頭。在校學(xué)生以學(xué)校為單位統(tǒng)一組織繳費(fèi)，由所在學(xué)校托收代繳；或通過與銀行簽約從在校學(xué)生銀行賬戶中托收個(gè)人應(yīng)繳納的基本醫(yī)療保險(xiǎn)費(fèi)。

上述方法雖然容易描述，但操作十分困難。其方法有以下不足:

(1)彎頭內(nèi)孔空間尺寸小，難于操作和使力，工作環(huán)境惡劣，加工效率低。

(2)對(duì)于磨削性能差的彎頭，容易粘砂輪，使得砂輪壽命降低，新砂輪很快被磨鈍，加工效率很低。

(3)為避免磨削溫度的提高而造成過燒現(xiàn)象，磨削時(shí)，加力不可太大且連續(xù)時(shí)間不可過長。

(4)彎曲曲面的尺寸精度難于測量和控制。最終的尺寸檢查，難于達(dá)到對(duì)彎曲內(nèi)孔圓度、粗糙度、平整度和各點(diǎn)壁厚的要求。

本文所提出的方案能夠?qū)?0度彎頭內(nèi)孔的加工提供一定參考。

1 90度彎頭內(nèi)孔加工方法的提出

在普通車床或鏜床的切削加工中，刀具的切削軌跡是直線的，那么，能否將刀具的軌跡改變成如圖1所示的圓弧曲線。若刀具能夠?qū)崿F(xiàn)沿該圓弧曲線運(yùn)動(dòng)，也就意味著刀桿能夠向彎頭內(nèi)孔內(nèi)部延伸。因此，可將刀桿設(shè)計(jì)成如圖2所示的圓弧形狀，只要保證其彎曲曲率半徑與彎頭的彎曲半徑相等，就能夠?qū)崿F(xiàn)刀桿在彎頭內(nèi)孔中的延伸(如圖3、圖4所示)。

圖1 刀具軌跡示意圖

圖2 刀桿形狀示意圖

圖3 刀桿運(yùn)動(dòng)示意圖1

圖4 刀桿運(yùn)功示意圖2

2 90度彎頭內(nèi)孔加工方法具體描述

(1)將刀桿設(shè)計(jì)成圓弧彎曲形，在其一端安裝刀具，另一端連接動(dòng)力設(shè)備;并在刀桿內(nèi)部設(shè)置傳動(dòng)機(jī)構(gòu);

(2)將彎頭坯件和刀桿安放在同一工作臺(tái)面上，并通過保證回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心與工作臺(tái)面中心重合，實(shí)現(xiàn)彎頭和刀桿的彎曲曲率中心重合;

(3)選擇落地機(jī)床為動(dòng)力設(shè)備時(shí)，將彎頭坯件安裝在工件回轉(zhuǎn)臺(tái)上，隨回轉(zhuǎn)臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切削的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如圖5所示。

(4)選擇電動(dòng)機(jī)等輕型、易移動(dòng)設(shè)備作動(dòng)力源時(shí)，將刀桿安置在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)切削的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如圖6所示。

圖5 90度彎頭內(nèi)孔加工方案1

圖6 90度彎頭內(nèi)孔加工方案2

方案中回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)通過其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，它的設(shè)計(jì)不受具體空間的限制，因此，本方案的難點(diǎn)在于圓弧形刀桿內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì);

3 刀桿內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

某工程中，國家標(biāo)準(zhǔn)長半徑90度彎頭如圖7所示。其彎曲半徑為762mm。其外徑為508mm。彎頭壁厚為16mm(厚度等級(jí)Sch40)。材料為球墨鑄鐵。加工方式:鏜削。

3.1 設(shè)計(jì)過程

(1)由工件的材料，選用合適的刀具，由切削三要素，計(jì)算出切削力并估算出切削功率［2-3］;

圖7 長半徑90度彎頭

(2)根據(jù)工件孔徑尺寸，確定刀桿外徑尺寸，估算刀桿最小壁厚。然后，擬定傳動(dòng)方案(由于空間的限制和傳動(dòng)的平穩(wěn)性要求，選用齒輪傳動(dòng))，由傳動(dòng)效率和切削功率計(jì)算出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入功率，選取合適的電機(jī);

(3)綜合考慮彎頭內(nèi)孔的空間限制和傳動(dòng)零件的強(qiáng)度要求，正確的擬定傳動(dòng)比，按照機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)出合理的傳動(dòng)機(jī)構(gòu);

(4)設(shè)計(jì)“刀桿箱體”的具體結(jié)構(gòu)(包括刀桿的截面形狀、刀桿壁厚、軸承支承、連接零件等等)。

3.2 齒輪傳動(dòng)方案

使用如圖6所示90度彎頭內(nèi)孔加工方案2，刀桿內(nèi)部采用如圖8所示的齒輪傳動(dòng)方案，最終設(shè)計(jì)結(jié)果如圖9所示:

圖8所示的傳動(dòng)方案對(duì)Li和Ai

圖8 刀桿內(nèi)部傳動(dòng)方案

圖9 刀桿內(nèi)部齒輪傳動(dòng)

(1)各齒輪的嚙合中心距A1+A2+A3+A4+A5≥工件內(nèi)孔的曲率半徑R762+動(dòng)力設(shè)備所需尺寸;

(2)軸向上各齒輪間距L1+L2+L3+L4+L6(刀具安裝尺寸)≥R762，便于動(dòng)力的輸入。

注意:傳動(dòng)機(jī)構(gòu)隨著彎頭的材料、內(nèi)孔孔徑、精度要求等及刀具的材料、刀具參數(shù)的不同而變化。

4 結(jié)語

出于前沿科技對(duì)高精度彎頭的迫切需求，本文提出通過設(shè)計(jì)一種圓弧形彎曲的刀桿，并在其內(nèi)部完成刀具動(dòng)力傳輸?shù)囊环N方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)彎頭內(nèi)孔的加工。為將來彎頭內(nèi)孔的加工提供一定的參考。

［1］徐盛林.彎曲孔加工技術(shù)及新方法［J］.現(xiàn)代制造工程，2006(9):82-84.

［2］陳云.現(xiàn)代金屬切削刀具實(shí)用技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［3］楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊(cè)［M］.2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.