一種偏心擴孔裝置的研制

千鑫

摘 要：施工現場中缺少大型機加工設備時，需要在工件上進行偏心擴孔通常采用兩種方式：一種為火焰切孔，另一種為磁力鉆鉆孔。目前在施工現場擴孔方面沒有專用的偏心擴孔鉆夾具，也多采用傳統方式解決偏心擴孔問題，以往的施工方式存在加工精度低、效率低、擴孔次品率高、大厚度工件無法切削等缺陷，為解決上述存在的問題，發明了一種偏心擴孔裝置，該裝置具有加工精度高、偏心量可調、車削阻力小、效率高、車削量可調、行程可調等優點，具有較高的推廣性和實用性，也為在施工現場遇到同類型的缺陷提供了借鑒方法。

關鍵詞：偏心；擴孔；車削；精度

中圖分類號：TG713 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0036-03

Abstract： In view of the lack of large-scale machining equipment in the construction site， the eccentric hole reaming is usually carried out in two ways： one is flame hole cutting， the other is magnetic drill hole. At present， there is no special jig for eccentric hole reaming in the construction site， and more traditional ways are used to solve the eccentric hole reaming problem. In order to solve the problems mentioned above， an eccentric hole reaming device was invented to solve the problems in the past construction methods， such as low machining precision， low efficiency， high rate of defective products from reaming holes， and unmachined workpieces of large thickness. The device has the advantages of high machining precision， adjustable eccentricity， low turning resistance， high efficiency， adjustable turning amount， adjustable stroke， etc. It has high popularization and practicability， and provides reference method for the same kind of defects encountered in the construction site.

Keywords： eccentricity； hole reaming； turning； accuracy

前言

某電站設計安裝有4臺225MW相同型號的水輪發電機組，因此電站采購一套頂蓋、底環備件在每臺機組擴大性大修期間進行更換，拆除下來的設備進行修復后在下臺機組擴大性大修期間進行使用，按照此種方式進行輪換使用，降低生產成本，該電站頂蓋設計直徑6030mm，重60.7T，共140顆M48把合螺栓，基材分兩層，每層厚度100mm，底環設計直徑5856mm，重36.7T，共70顆M48把合螺栓，24顆M85把合螺栓，基材厚度273mm，但在某臺機組大修期間進行頂蓋、底環預裝時發現底環有32顆螺栓成不規則偏孔現象，頂蓋有50顆螺栓孔成不規則偏孔現象。

在工件上進行偏心擴孔時，通常采用兩種方式：火焰切孔和磁力鉆鉆孔。其中，火焰切孔精度較低，當精度要求不高時，火焰切孔具有較高的切孔效率。而磁力鉆的鉆孔精度相對較高。但上述兩種擴孔方法均不適宜在厚度較大的工件上進行偏心擴孔，使用磁力鉆在厚度較大的工件上鉆孔存在以下問題：鉆頭的上端固定在磁力鉆夾嘴中，其下端通常為懸空狀態，只可依靠工件自身進行定位，在擴孔過程中磁力鉆由于水平受力不平衡而產生偏移，將影響擴孔的垂直度；磁力鉆采用雙導軌設計，具有較大的行程空間，是隨著行程的增加，導軌之間的機械間隙隨之增大，磁力鉆鉆頭的擺動幅度隨之增大，影響擴孔精度[1]。因施工現場缺乏大型機加工設備，在進行火焊切割、磁力鉆鉆孔方式處理時，均因基材厚度過大而導致加工失敗，基于上述原因及設備可能返廠加工的情況下，設計并制造了針對大型設備現場安裝錯位處理的加工工具。

1 原理介紹

針對在生產加工中所產生的問題設計了一種偏心擴孔裝置，其設計理念巧妙的將磁力鉆便攜加工的特點與車削加工精度較高的優勢相結合，克服了磁力鉆擴孔時雙導軌較大的機械配合間隙以及加工過程中刀具水平受力不平衡而產生的偏移，使得大件設備現場高精度擴孔[2]成為現實。

該偏心擴孔裝置主要由車削裝置和定位裝置組成，車削裝置主要包括刀桿、車刀，其功能為完成工件的車削，定位裝置由底座、偏心套筒、頂緊螺桿組成，在車削過程中保證車削系統的垂直度和同心度，所述底座上開設有一偏心孔，底座外邊緣開設有排料口，并在底座側面上開設有與偏心孔內壁連通的螺紋孔；所述偏心套筒配合安裝在底座上的偏心孔內，采用一緊定螺釘旋接在螺紋孔內，將偏心套筒壓緊在偏心孔內，實現偏心套筒的周向定位；偏心套筒下端邊緣設置有外凸緣，對偏心套筒進行軸向定位。所述刀桿上端為與鉆孔設備的夾持頭連接，其中部安裝有三塊車刀[4]，三塊車刀的鉆切進刀量自上至下依次減小，保證一次最大加工切削量，其下端穿插在偏心套筒的內孔中，增加了錯位擴孔時的穩定性。

使用該擴孔裝置對工件進行偏心擴孔時，先將擴孔裝置的底座固定在待擴孔位置的工件下部，使工件上原有的孔與偏心套筒的內孔對準，再自上至下將刀桿插入工件上原有的孔內，刀桿下端插入偏心套筒的內孔中，轉動偏心套筒，將刀桿的偏心距離調整到合適值，擰緊緊定螺釘，將刀桿上端夾持在磁力鉆的夾嘴中，啟動磁力鉆，即可對工件上原有的孔進行偏心擴孔。

偏心套筒的內孔位置可以調節，偏心擴孔時刀桿上、下兩端分別通過動力裝置和定位裝置進行約束，刀桿不會因車刀水平受力不平衡而產生偏移，確保擴孔的垂直度；而且當磁力鉆的行程改變時，刀桿中部的車刀不會擺動，增加了偏心擴孔時的穩定性，提高了擴孔精度。該擴孔裝置操作簡單，實用性強。

圖1包含為本實用新型的結構示意圖；底座的示意圖；偏心套筒的剖面圖以及擴孔裝置在工件上擴孔的示意圖；其中1-刀桿、2-車刀、3-底座、4-偏心套筒、5-螺栓、6-工件、7-磁力鉆；31-偏心孔、32-螺紋孔、33-螺紋孔、34-缺口；41-外凸緣。

參見圖1所示的擴孔裝置，包括底座3、偏心套筒4及刀桿1，所述底座3上開設有偏心孔31，在底座3側面開設有與偏心孔31內壁連通的螺紋孔33；所述偏心套筒4配合安裝在底座3上的偏心孔31內，一緊定螺釘旋接在螺紋孔33內，將偏心套筒4壓緊在偏心孔31內，實現偏心套筒4的周向定位；偏心套筒下端邊緣設置有外凸緣，對偏心套筒進行軸向定位。所述刀桿1上端為與磁力鉆的夾持頭連接，其中部安裝有車刀2，其下端穿插在偏心套筒4的內孔中。

在本實施例中，所述偏心套筒4[5]的內孔偏心距與底座3上偏心孔31的偏心距相等，均為2.5mm，當偏心套筒4在底座3的偏心孔31內轉動時，刀桿1的偏心量隨之改變，刀桿1的偏心范圍為0～5mm。

而且在本實施例中，所述刀桿1沿軸線方向安裝有三塊車刀2，三塊車刀2的鉆切進刀量從上至下依次減小，確保擴孔一次成型，提高了擴孔工作效率。所述偏心套筒4下端邊緣設置有外凸緣35，以對偏心套筒4進行軸向定位。使用該擴孔裝置對工件6上原有的孔進行偏心擴孔時，先將擴孔裝置的底座3固定在待擴孔位置的工件6下部，使工件6上原有的孔與偏心套筒4的內孔對準，再自上至下將刀桿1插入工件6上原有的孔內，刀桿1下端插入偏心套筒4的內孔中，轉動偏心套筒4，將刀桿1的偏心距離調整到合適值，擰緊緊定螺釘，將刀桿1上端夾持在磁力鉆7的夾嘴中，啟動磁力鉆7，即可對工件6上原有的孔進行偏心擴孔。

在工件車削加工時作用在刀具上的力為Fr[3]。Fr可分解為相互垂直的切深抗力Fx、進給抗力Fy和主切削力Fc三個分力。Fx是校驗機構強度的主要依據，Fy是校驗機床剛度的必要依據，Fc是計算刀桿、刀片強度及夾具的主要依據，對于切削力的計算以及車刀的選擇，在一般加工方法，如車削、孔加工和銑削等通常會采用單因素方式進行計算，即為固定其它的影響因素進行推算，則Fc的計算關系式為：

FC=C■·a■■·f■·V■■·K■

式中：C■代表車削影響系數，通過查詢試驗數據表可得；ap代表背吃刀量。X■、Y■、N■表示為吃刀量對車削力的影響指數；K■表示為切削力的修正系數

在實際應用中可根據車削材料和刀具材料的不同，以及需要加工材料的加工型式的不同可以選擇不同的加工系數，并利用計算出的主切削力對選用的刀桿、刀片強度及夾具材料進行校核，以滿足不同切割、車削加工的需求。

本實施例中，由于工件6上原有的孔為上小下大的臺階孔，底座3安裝在大直徑臺階孔內，由于大直徑臺階孔內壁具有內螺紋，為了方便固定底座3，在底座3的外側面上設置有外螺紋，底座3旋接在該大直徑臺階孔內。并在底座3外邊緣開設有缺口34，擴孔時產生的鐵屑能夠及時從該缺口34排出，不會在小直徑臺階孔內堆積。

作為本實施例的一種優選方案，擴孔后為了便于將底座3從工件6下部的大直徑臺階孔內拆下，在偏心孔31兩側的底座3上旋接有螺紋孔32，螺紋孔32內旋接有螺栓5，操作者只需將該螺栓5當做把手，抓住螺栓5頭將底座3從大直徑臺階內旋下即可，在螺紋孔32上旋入螺桿可作為底座3的定位螺桿，在加工過程中底座3位置固定后并旋入頂緊螺桿，依靠頂緊螺桿的軸向力對底座進行定位。

2 創新點

2.1 加工精度高

偏心擴孔時刀桿上、下兩端分別通過動力裝置和定位裝置進行約束，改變了單頭固定的加工模式，保證刀桿在旋轉切削過程中不因水平受力不平衡而發生偏移，克服了磁力鉆擴孔時雙導軌較大的機械配合間隙以及加工過程中刀具水平受力不平衡而產生的偏移，減小運行擺度，保證擴孔尺寸和垂直度。

2.2 偏心量可調

偏心套和底座的內孔均設計為偏心孔，偏心距為2.5mm，可通過旋轉偏心套和底座的相對位置關系調節擴孔量0-5mm。實現偏心加工量的可調節，并設計有周向定位和軸向定位功能，也可根據需求對偏心距進行改變以適應不同的加工環境。

2.3 車削阻力小

底座外圓設計排屑孔，保證在加工過程中，金屬屑能夠順利排出，減少刀桿運行過程中的阻力。

2.4 車削量可調

刀桿上設置有3塊加工刀頭，三塊車刀的鉆切進刀量從上至下依次減小，確保擴孔一次成型，在加工過程中實現一次最大加工切削量。

2.5 行程可調

作為本裝置的另一種優選的方案，因磁力鉆的加工行程有限，可根據實際加工厚度在刀桿上端、下端適當位置各設置一組刀具，采取分段加工方式進行超行程工件的加工。

3 結束語

此偏心擴孔工具為工件偏心擴孔提供了新的思路和方法，也從根本上解決了現場安裝問題，而且該工具可以根據不同的適用場合可對底座的固定形式進行改變，比如法蘭固定、螺紋固定、通過配合間隙進行固定以及通過施加外力進行固定等方式，以滿足擴孔裝置車削裝置的定位功能，具有較高的推廣價值。

參考文獻：

[1]賈建軍，陳曉東，于廣偉，等.擴孔鉆結構的改進與設計[J].工具技術，2015，49（08）：36-40.

[2]任軍.擴孔鉆結構的改進與設計[J].內燃機與配件，2018（03）.

[3]黃燊華.切削力學[M].北京：機械工業出版社，1992.

[4]剪占鰲，曹里民，劉建軍，等.機械式系列化擴孔器試驗與應用[J].石油鉆采工藝，2001（01）.

[5]王曉松，蔡玉貴，馮躍凱，等.隨鉆擴孔器現場應用分析[J].石化技術，2017（07）.