張亞勤 鄧 斌 吳景春 于蓮雙 姜 魁

（無錫太湖學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，江蘇無錫214028）

0 引言

隨著油井管技術(shù)的不斷發(fā)展和行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，各個(gè)企業(yè)都致力于提高產(chǎn)品質(zhì)量和優(yōu)化產(chǎn)品工藝。在新產(chǎn)品和新孔型的不斷開發(fā)和設(shè)計(jì)中，提高特殊產(chǎn)品生產(chǎn)效率和質(zhì)量顯得尤為重要，而提高管體質(zhì)量，改善外型尺寸、最終實(shí)現(xiàn)尺寸穩(wěn)定性，是穩(wěn)定最終產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要手段之一。

為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品外型尺寸和形狀的穩(wěn)定提高，考慮從定徑機(jī)的定徑質(zhì)量出發(fā)進(jìn)行工藝優(yōu)化和孔型尺寸優(yōu)化，通過對(duì)孔型加工的刀具設(shè)計(jì)和改進(jìn)進(jìn)行分析，提高定徑機(jī)的孔型質(zhì)量，同時(shí)穩(wěn)定產(chǎn)品尺寸。本文將就φ250MPM限動(dòng)連軋機(jī)組定徑機(jī)架的加工刀具設(shè)計(jì)和改進(jìn)過程進(jìn)行具體介紹。

1 定徑機(jī)孔型加工原理[1]

定徑機(jī)架孔型車削中心應(yīng)用于定徑機(jī)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(jī)架的中心線處車削，以定徑機(jī)架的中心線為軸線旋轉(zhuǎn)組合刀具來實(shí)現(xiàn)加工；另一種采用單把車刀從定徑機(jī)架三輥的外側(cè)母線處車削，通過三軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)定徑機(jī)架三輥的曲面加工。

這里介紹的是定徑機(jī)三輥裝配（圖1）完后的集中加工。在加工時(shí)，機(jī)床帶動(dòng)左下方的外花鍵轉(zhuǎn)動(dòng)，輥1和輥2、輥1和輥3之間靠齒輪傳動(dòng)，刀具安裝在機(jī)床中心軸上（圖2），在中心點(diǎn)O做旋轉(zhuǎn)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(diǎn)走直線移動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)；

（3）刀具轉(zhuǎn)動(dòng)切削到120°后退回參考點(diǎn)；

（4）轉(zhuǎn)動(dòng)軸C軸返回參考點(diǎn)；

（5）測(cè)量ai、bi尺寸是否達(dá)到要求；

（6）ai、bi尺寸達(dá)不到要求時(shí)，按上述步驟重復(fù)加工，直到達(dá)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(guān)系：

刀盤直徑：

中心距：

式中，ai為孔型長半軸，指中心點(diǎn)O到輥邊的距離尺寸；bi為孔型短半軸，指中心點(diǎn)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(shí)，即三把刀尖所組成的圓的直徑。

孔型設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)好ai和bi，就可以計(jì)算出刀盤直徑Di和Z，加工前，按照計(jì)算好的Di尺寸在三維對(duì)刀儀上進(jìn)行對(duì)刀，加工時(shí)，逐步減小Z軸的尺寸，當(dāng)偏心距達(dá)到Z時(shí)，孔型基本加工完畢[3]。

2 改進(jìn)前定徑機(jī)刀具結(jié)構(gòu)

2.1 定徑機(jī)參數(shù)

定徑機(jī)軋輥名義直徑：D=550 mm。

材質(zhì)：NiCrMo無限冷硬球墨鑄鐵。

機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度＞500 MPa；硬度HSD60～65，工作層硬度每減少10 mm，下降一個(gè)硬度單位；沖擊韌性αk≥30 J/cm2。

2.2 原刀具參數(shù)

2.2.1 原刀具參數(shù)

牌號(hào)：FD22；刀片型號(hào)：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(diǎn)

（1）刀片容易崩刀，影響生產(chǎn)節(jié)奏和產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）壓刀塊材料硬度不夠，在斷屑過程中易出現(xiàn)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(dòng)，造成崩刀（圖4）。

圖4 改進(jìn)前刀頭圖

3 改進(jìn)后的刀具結(jié)構(gòu)[4]

牌號(hào)：FD22；刀片型號(hào)：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(jìn)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(shí)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(diǎn)多面，提高刀片利用率。

（3）把刀座結(jié)構(gòu)更改為帶5°的傾角，使刀片產(chǎn)生切削后角，提高加工速度，最終實(shí)現(xiàn)偏心距Z接近0時(shí)更容易切削（圖5）。

3.2 改進(jìn)后刀具的優(yōu)點(diǎn)

（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(jìn)而增大了壓力，刀片不易松動(dòng)。

圖5 改進(jìn)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(jìn)而增大了切削力。

（4）在刀座上加斜角，采用0°后角刀片進(jìn)行切削，提高了刀片利用率。

4 改進(jìn)前后的刀具使用情況

經(jīng)過接近一年的實(shí)驗(yàn)和不斷的改進(jìn)，不僅在生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量上都有了突破，為提高后續(xù)生產(chǎn)效率做出了貢獻(xiàn)，同時(shí)還為后續(xù)特殊螺紋產(chǎn)品的加工奠定了良好的質(zhì)量基礎(chǔ)。

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

圖7 現(xiàn)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(chǎn)率，節(jié)約了成本（表2和表3）。

表2 定徑機(jī)架改進(jìn)前后對(duì)比

表3 脫管機(jī)架改進(jìn)前后對(duì)比

（3）壓刀塊使用壽命得到提高（表4）。

表4 壓刀塊改進(jìn)前后對(duì)比

5 結(jié)語

經(jīng)過相當(dāng)長時(shí)間的使用，實(shí)踐證明，改進(jìn)刀具對(duì)提高產(chǎn)品定徑質(zhì)量和生產(chǎn)效率有著很大的成效；同時(shí)車間的生產(chǎn)更為流暢，最終實(shí)現(xiàn)了節(jié)約成本，為滿足熱軋的生產(chǎn)打好了基礎(chǔ)，也為后續(xù)生產(chǎn)特殊螺紋產(chǎn)品奠定了良好的質(zhì)量基礎(chǔ)。通過后續(xù)的管螺紋加工的追溯，其生產(chǎn)效率提高20%以上，同時(shí)成品率提高30%以上，下井質(zhì)量也得到了很好的保證。