謝天飛（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司機(jī)械裝修部，河北省涉縣056404）

加工臺(tái)車(chē)梯形面工藝分析及專(zhuān)用刀具設(shè)計(jì)

謝天飛（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司機(jī)械裝修部，河北省涉縣056404）

燒結(jié)臺(tái)車(chē)是燒結(jié)機(jī)大中修必更部件，為了提高臺(tái)車(chē)使用壽命對(duì)臺(tái)車(chē)體進(jìn)行了改型。為了加工改型后的臺(tái)車(chē)主梁，對(duì)臺(tái)車(chē)復(fù)雜加工面加工工藝進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)、制作了專(zhuān)用刀具。實(shí)踐證明，新設(shè)計(jì)的臺(tái)車(chē)專(zhuān)用刀具提高了加工效率、刀具消耗僅為原來(lái)的1/10，單件加工成本節(jié)約1 280元，降低生產(chǎn)成本，使用效果好。

燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)梯形面刀具設(shè)計(jì)加工

1 前言

天鐵集團(tuán)機(jī)械裝修部幾乎每年都為燒結(jié)廠燒結(jié)機(jī)大、中修生產(chǎn)大批備件。其中燒結(jié)臺(tái)車(chē)是燒結(jié)大、中修必更換部件。為了提高臺(tái)車(chē)使用壽命，維修方便，縮短加工時(shí)間，我們將臺(tái)車(chē)體改為高邦型（臺(tái)車(chē)體主梁高度小于臺(tái)車(chē)體兩端裝擋板平面的高度）。但給加工制作帶來(lái)困難，即用普通刀具加工臺(tái)車(chē)三條主梁上軌道梯形面，操作復(fù)雜、找正費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且需裝夾多次，勞動(dòng)生產(chǎn)率低、加工工期長(zhǎng)，成本居高不下。隨著煉鐵對(duì)燒結(jié)礦品質(zhì)的提高，用戶對(duì)臺(tái)車(chē)質(zhì)量、外觀、價(jià)格等方面的要求也隨之提高。因此，要提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高加工效率、降低產(chǎn)品價(jià)格，臺(tái)車(chē)加工專(zhuān)用刀具無(wú)疑是降本增效的最佳選擇。

2 臺(tái)車(chē)三條主梁上軌道梯形面加工工藝分析

在加工臺(tái)車(chē)三條主梁上軌道梯形面（以下簡(jiǎn)稱(chēng)梯形面）時(shí)，要達(dá)到技術(shù)要求的尺寸，需對(duì)四個(gè)面(即1、2、3、4面)進(jìn)行刨削加工。如圖1所示。

原來(lái)的低邦臺(tái)車(chē)（即臺(tái)車(chē)體主梁高度大于臺(tái)車(chē)體兩端裝擋板平面的高度）加工時(shí)可以直接上刨床將梯形面刨出來(lái)。改為高邦臺(tái)車(chē)后，由于兩端的裝欄板平面高于臺(tái)車(chē)體主梁，采用刨削的加工方法無(wú)法退刀。所以設(shè)計(jì)專(zhuān)用高效鏜刀以鏜代刨，解決了刨床無(wú)法退刀的加工難題。因此我們?cè)O(shè)計(jì)制造了加工三條主梁上軌道梯形截面的專(zhuān)用刀具。經(jīng)過(guò)分析，將梯形面的加工過(guò)程分為兩部分。一部分是考慮將1、4面使用一把刀具加工完成，其設(shè)計(jì)原理來(lái)源于圓盤(pán)銑刀的設(shè)計(jì)方法，即將圓盤(pán)銑刀裝在鏜床上，但不同的是我們?cè)O(shè)計(jì)的圓盤(pán)鏜刀有三個(gè)切削刃，每次切削有兩個(gè)切削刃參加切削；另一部分是將考慮2、3面使用一把刀具加工完成，其設(shè)計(jì)原理是將多面刃銑刀的設(shè)計(jì)原理應(yīng)用到專(zhuān)用鏜刀的設(shè)計(jì)上制作一把圓錐鏜刀。下面就針對(duì)兩把鏜刀及刀桿的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。

3 專(zhuān)用圓盤(pán)鏜刀的設(shè)計(jì)

刀具材料、結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)是設(shè)計(jì)切削刀具的三項(xiàng)基本內(nèi)容，下面就針對(duì)這三方面內(nèi)容進(jìn)行研究。

3.1 材料的選擇

刀具材料的切削性能，關(guān)系著刀具的耐用度和生產(chǎn)率，刀具材料的工藝性影響本身的制造與刃磨質(zhì)量。臺(tái)車(chē)材料是球墨鑄鐵，鑄件毛坯表面有較多硬質(zhì)點(diǎn)和夾渣，對(duì)加工刀具產(chǎn)生較大的沖擊振動(dòng)，刀具容易被損壞。與機(jī)夾刀相比，焊接刀具有較優(yōu)的抗沖擊振動(dòng)性，具有較好的通用性。全面考慮材料的耐熱磨性、韌度和可加工性等因素，刀體材料全部選用鍛造45＃鋼。刀刃材料選用YG8硬質(zhì)合金刀片。這種刀片的熱塑性、韌性和耐磨性好，比重小、價(jià)格便宜、磨削加工性較好。

3.2 刀具結(jié)構(gòu)的確定

我們?cè)O(shè)想將臺(tái)車(chē)三條主梁上軌道梯形面，1、4面在一次裝夾中，用一把刀具進(jìn)行加工，要達(dá)到以上目標(biāo)，這就需要刀具有三個(gè)切削刃參與切削。當(dāng)加工梯形面1面時(shí)，使刀具的1刃和2刃對(duì)工件進(jìn)行切削；在加工梯形面4面時(shí)，使刀具的2刃和3刃參與切削。因?yàn)楸患庸っ婢鶠槠矫?，所以切削刃的長(zhǎng)度選為2 mm～3 mm。由于刀具設(shè)計(jì)成圓盤(pán)形刀，考慮到成本與刀刃數(shù)量，不可能在刀盤(pán)上每一度都焊一個(gè)刀刃，因此選擇隔一定的度數(shù)焊一個(gè)刀刃。加之圓盤(pán)的直徑不是很大，受圓盤(pán)直徑的限制，在圓盤(pán)每隔45°焊接一個(gè)刀片比較合適。由于所銑表面為平面，所以要求連接刀盤(pán)和刀桿的螺母必須沉在圓盤(pán)內(nèi)，以使切削順利進(jìn)行。加工鑄造毛坯件時(shí)，吃刀量大，需要在圓盤(pán)與刀桿連接處加一鍵，用來(lái)加大刀桿和圓盤(pán)間的聯(lián)接力，防止螺母滑動(dòng)。

3.3 刀具幾何參數(shù)的確定

刀體材料和結(jié)構(gòu)及刀具切削刃確定之后，其切削性能便由其幾何參數(shù)來(lái)決定。

3.3.1 刀盤(pán)尺寸的確定

因?yàn)樘菪蚊?、4面所要加工寬度為120 mm，為提高加工效率，確定為一次走刀，即可完成加工。所以確定刀具外徑為?150 mm。選用YG8A120刀片其長(zhǎng)度為20 mm，寬度為12 mm，厚度為5 mm。要將刀片焊接在刀盤(pán)上，刀盤(pán)的厚度我們確定為15 mm，這樣可使刀刃在兩邊各留有2 mm～3 mm的切削刃，刀盤(pán)上焊接的槽寬為5.2 mm。?55 mm與35 mm的凹臺(tái)為刀桿與刀盤(pán)連接時(shí)，螺母沉入刀盤(pán)所用。刀具在切削工件時(shí)，產(chǎn)生巨大的反作用力，為防止刀盤(pán)與刀桿間發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。在刀盤(pán)和刀桿連接處都開(kāi)有鍵槽，裝入18 mm寬的鍵塊來(lái)固定刀盤(pán)與刀桿。?30 mm尺寸根據(jù)刀桿強(qiáng)度確定。刀盤(pán)零件圖如圖2。

圖2

3.3.2 與刀盤(pán)配套的專(zhuān)用刀桿尺寸的確定

刀桿是連接機(jī)床主軸與刀盤(pán)的零件，刀桿太長(zhǎng)進(jìn)行切削時(shí)，刀具會(huì)以生強(qiáng)烈振動(dòng)，太短又滿足不了加工需求。經(jīng)過(guò)綜合考慮加工臺(tái)車(chē)的實(shí)際情況，選取刀桿長(zhǎng)度為500 mm，刀桿上寬為18 mm的槽與刀盤(pán)裝入鍵塊。因?yàn)殓M桿是裝在T611H落地鏜床上的，所以其末端錐度和銷(xiāo)子孔與鏜床主軸配做。刀桿零件圖如圖3所示，圓盤(pán)鏜刀裝配圖如圖4所示。

圖4

4 專(zhuān)用圓錐鏜刀的設(shè)計(jì)

為了解決梯形面2、3面加工的困難，設(shè)計(jì)了一副圓錐鏜刀。因?yàn)榕_(tái)車(chē)三條主梁上軌道截面為等腰梯形面，所以把鏜刀設(shè)計(jì)成為圓錐形的，使圓錐鏜刀切削刃與其中心線的交角設(shè)計(jì)成18°26′，這個(gè)角度正好是梯形面兩腰與底面的交角的余角。這樣可使2、3面在加工完1、4面時(shí)，不用重新裝夾，只換一副圓錐鏜刀即可完成加工。圓錐鏜刀實(shí)際上就是一把成形刀，提高了加工效率。圓錐鏜刀刀頭與刀桿通過(guò)螺母連接在一起，刀頭與刀體材料均選用鍛造45#鋼。

4.1 刀頭的設(shè)計(jì)

刀頭刀片材料選用YG8A150硬質(zhì)合金刀片，采用分段切削以利于排屑。刀頭齒面伸出尺寸為3 mm～5 mm，刀片均勻分布在刀頭圓錐面上，選用焊接6片刀片。焊接刀片時(shí)應(yīng)注意，假定刀頭的旋轉(zhuǎn)方向一定，所有刀刃切線方向需與刀頭旋轉(zhuǎn)方向一致；法線方向須指向圓錐鏜刀中心線。且相對(duì)兩刀刃法線的連線，需經(jīng)過(guò)圓錐鏜刀中心。這樣可以減少刀具在切削時(shí)的振動(dòng)和切削能均勻地進(jìn)行，提高刀具使用壽命。多刀片參與切削減少了單個(gè)刀片的吃刀量，減輕了刀片的切削負(fù)載，也改善了切削條件，因此大幅提高加工效率。刀頭零件圖如圖5所示。

4.2 圓錐鏜刀刀桿的設(shè)計(jì)

專(zhuān)用圓錐鏜刀刀桿同前面的專(zhuān)用圓盤(pán)鏜刀刀桿大同小異，不同的是取消了鍵槽。因?yàn)閷?zhuān)用圓錐鏜刀進(jìn)行切削時(shí)，刀頭受力可分解為軸向壓力和法向力兩部分，軸向壓力不會(huì)使刀頭相對(duì)刀桿發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而起到代替鍵起到防轉(zhuǎn)作用。經(jīng)過(guò)綜合考慮臺(tái)車(chē)倒角的實(shí)際情況，選取刀桿長(zhǎng)度為500 mm。刀頭與刀桿用螺母連接。刀桿示意圖如圖6，專(zhuān)用圓錐鏜刀裝配圖如圖7。

圖5

圖6

圖7

5 專(zhuān)用鏜刀在臺(tái)車(chē)加工中的特點(diǎn)

5.1 提高切削加工效率

專(zhuān)用鏜刀在加工臺(tái)車(chē)過(guò)程中，圓盤(pán)鏜刀可在一次裝夾中完成兩個(gè)面的加工，縮短輔助時(shí)間近300%。同時(shí)，可以大吃刀量的進(jìn)給。專(zhuān)用圓錐鏜刀，不用另行裝夾即可完成兩個(gè)倒角的加工，縮短找正時(shí)間500%。大幅度提高了切削加工效率。

5.2 節(jié)省刀具材料，降低成本

一把專(zhuān)用圓盤(pán)鏜刀，至少可以加工10部臺(tái)車(chē)梯形面，一把圓錐鏜刀可以完成50部臺(tái)車(chē)梯形面的倒角任務(wù)。刀具消耗僅為原來(lái)的1/10，節(jié)省刀具材料，降低綜合成本。由于大量地減少了刀頭使用量，因此減少了刀頭的生產(chǎn)和庫(kù)存。

5.3 經(jīng)濟(jì)效益

原來(lái)臺(tái)車(chē)在B2012A刨床上加工一件所需工時(shí)32 h，每小時(shí)刨床成本為80元，單件加工成本為80×32=2 560元。改為T(mén)611H落地鏜床加工后，加工效率大幅提高，單件加工工時(shí)縮減為16 h，鏜床每小時(shí)加工費(fèi)用為80元，此時(shí)每件臺(tái)車(chē)加工費(fèi)用為80×16=1 280元。

每件節(jié)約成本：2 560元-1 280元=1280元

每年按生產(chǎn)105件臺(tái)車(chē)計(jì)算，可節(jié)約生產(chǎn)成本：

105×1 280元=134 400元。

6 結(jié)束語(yǔ)

專(zhuān)用圓盤(pán)鏜刀和專(zhuān)用圓錐鏜刀的設(shè)計(jì)，在保證臺(tái)車(chē)質(zhì)量的同時(shí)，解決了臺(tái)車(chē)在刨床上加工無(wú)法退刀的問(wèn)題，大幅提高了加工效率，縮短生產(chǎn)工期。目前燒結(jié)廠一燒和三燒車(chē)間以及崇利制鋼都在使用，效果良好。

（收稿2010－03－20責(zé)編趙實(shí)鳴）

[1]陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[2]天津市機(jī)械工業(yè)局教研室.新編實(shí)用五金工具手冊(cè)[M].北京：計(jì)量出版社,1992.97～124.

Process Analysis on Trolley Trapezoid Area Machining and Special Cutter Design

Xie Tianfei

The sintering trolley has to be exchanged each mediate repair or overhaul at sintering machine.In order to prolong the service life of the trolley,modification is carried out.The machining process of the complicated machining area of the trolley is analyzed and special cutter is designed and made to machine the main beam of the modified trolley.Practice shows the newly designed special cutter can provide higher machining efficiency.The cutter consumption is only 1/10 of that of the original.Specific machining cost is saved by 1,280 RMB,resulting in the reduction of production cost.Good application result is obtained.

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謝天飛，男，2006年畢業(yè)于甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在天鐵集團(tuán)機(jī)械裝修部從事機(jī)械制造與加工工作。