一種定徑機孔型加工刀具改進設計

張亞勤 鄧 斌 吳景春 于蓮雙 姜 魁

（無錫太湖學院機電工程學院，江蘇無錫214028）

0 引言

隨著油井管技術的不斷發展和行業競爭的日趨激烈，各個企業都致力于提高產品質量和優化產品工藝。在新產品和新孔型的不斷開發和設計中，提高特殊產品生產效率和質量顯得尤為重要，而提高管體質量，改善外型尺寸、最終實現尺寸穩定性，是穩定最終產品質量和生產效率的重要手段之一。

為了實現產品外型尺寸和形狀的穩定提高，考慮從定徑機的定徑質量出發進行工藝優化和孔型尺寸優化，通過對孔型加工的刀具設計和改進進行分析，提高定徑機的孔型質量，同時穩定產品尺寸。本文將就φ250MPM限動連軋機組定徑機架的加工刀具設計和改進過程進行具體介紹。

1 定徑機孔型加工原理[1]

定徑機架孔型車削中心應用于定徑機孔型加工，加工孔型的方法目前有兩種：一種采用三把互成120°的組合車刀，在定徑機架的中心線處車削，以定徑機架的中心線為軸線旋轉組合刀具來實現加工；另一種采用單把車刀從定徑機架三輥的外側母線處車削，通過三軸插補運動來實現對定徑機架三輥的曲面加工。

這里介紹的是定徑機三輥裝配（圖1）完后的集中加工。在加工時，機床帶動左下方的外花鍵轉動，輥1和輥2、輥1和輥3之間靠齒輪傳動，刀具安裝在機床中心軸上（圖2），在中心點O做旋轉切削[2]。

圖1 軋輥裝配示意圖

圖2 刀盤加工示意圖

具體的加工步驟如下：

（1）刀具從參考點走直線移動到距離中心Z的位置（圖3）；

圖3 刀具距離中心示意圖

（2）刀具在Z位置做轉動切削運動；

（3）刀具轉動切削到120°后退回參考點；

（4）轉動軸C軸返回參考點；

（5）測量ai、bi尺寸是否達到要求；

（6）ai、bi尺寸達不到要求時，按上述步驟重復加工，直到達到要求加工完畢。

ai、bi、Z與刀盤直徑Di、軋輥名義直徑D的關系：

刀盤直徑：

中心距：

式中，ai為孔型長半軸，指中心點O到輥邊的距離尺寸；bi為孔型短半軸，指中心點O到槽底的距離尺寸；D為軋輥名義直徑；Di為刀盤直徑，加工時，即三把刀尖所組成的圓的直徑。

孔型設計時，設計好ai和bi，就可以計算出刀盤直徑Di和Z，加工前，按照計算好的Di尺寸在三維對刀儀上進行對刀，加工時，逐步減小Z軸的尺寸，當偏心距達到Z時，孔型基本加工完畢[3]。

2 改進前定徑機刀具結構

2.1 定徑機參數

定徑機軋輥名義直徑：D=550 mm。

材質：NiCrMo無限冷硬球墨鑄鐵。

機械性能：抗拉強度＞500 MPa；硬度HSD60～65，工作層硬度每減少10 mm，下降一個硬度單位；沖擊韌性αk≥30 J/cm2。

2.2 原刀具參數

2.2.1 原刀具參數

牌號：FD22；刀片型號：RBGN150700；圓形陶瓷刀片，法后角5°，直徑15.875 mm，厚度7.93 mm。

2.2.2 原刀具的缺點

（1）刀片容易崩刀，影響生產節奏和產品質量。

（2）壓刀塊材料硬度不夠，在斷屑過程中易出現容易磨損、壓不緊刀片等問題（表1）。

表1 刀片用量和壓塊磨損量

（3）壓刀塊壓刀面積只有刀面的1/3，刀片容易松動，造成崩刀（圖4）。

圖4 改進前刀頭圖

3 改進后的刀具結構[4]

牌號：FD22；刀片型號：RNUN150700；圓形陶瓷刀片，法后角0°，直徑15.875 mm，厚度7.93 mm。

3.1 改進后刀具情況

（1）把壓刀塊由三角形改為半圓形，使壓緊面積增加，同時焊接鎢鈷合金，增加斷屑能力和耐磨性。

（2）把帶后角的刀片改為不帶后角的圓刀片，使刀片能夠更好地利用，多點多面，提高刀片利用率。

（3）把刀座結構更改為帶5°的傾角，使刀片產生切削后角，提高加工速度，最終實現偏心距Z接近0時更容易切削（圖5）。

3.2 改進后刀具的優點

（1）壓刀塊和刀片之間增加斷屑裝置，斷屑器用鎢鈷合金制作，提高了斷屑能力和抗磨能力。

（2）改變壓刀塊形狀，增大了壓刀面積，進而增大了壓力，刀片不易松動。

圖5 改進后刀頭圖

（3）改變壓刀塊與斷屑器的配合形式，增大了壓力，進而增大了切削力。

（4）在刀座上加斜角，采用0°后角刀片進行切削，提高了刀片利用率。

4 改進前后的刀具使用情況

經過接近一年的實驗和不斷的改進，不僅在生產效率和加工質量上都有了突破，為提高后續生產效率做出了貢獻，同時還為后續特殊螺紋產品的加工奠定了良好的質量基礎。

（1）提高了刀片利用率。改進之前，刀片只能用一個面進行加工；現在刀片可以用兩個面，刀片得到了充分利用，利用率提高100%（刀片形狀改進如圖6和圖7所示）。

圖7 現在用的刀片形狀

圖6 以前用的刀片形狀

（2）有效控制了刀片的損耗，提高了生產率，節約了成本（表2和表3）。

表2 定徑機架改進前后對比

表3 脫管機架改進前后對比

（3）壓刀塊使用壽命得到提高（表4）。

表4 壓刀塊改進前后對比

5 結語

經過相當長時間的使用，實踐證明，改進刀具對提高產品定徑質量和生產效率有著很大的成效；同時車間的生產更為流暢，最終實現了節約成本，為滿足熱軋的生產打好了基礎，也為后續生產特殊螺紋產品奠定了良好的質量基礎。通過后續的管螺紋加工的追溯，其生產效率提高20%以上，同時成品率提高30%以上，下井質量也得到了很好的保證。