内螺旋滚道铣削加工自制刀具的探讨筛分设备

内螺旋滚道铣削加工自制刀具的探讨

内螺旋滚道铣削加工自制刀具的探讨 2011年12月04日 来源： 摘 要：介绍我公司内螺旋滚道加工自制刀具的设计、改进和使用过程。讨论针对特殊零件的机加工涉及的自制刀具的应用和推广。 湖北飞宁方向机有限责任公司系汽车转向器专业生产厂家，主导产品为液压助力循环球转向器和机械式循环球转向器,年产能在20万台以上。“飞宁”牌转向器在行业内具有很大的知名度和市场占有率。一、问题的提出螺杆螺母副为转向器总成中最为重要的部件之一，其中转向齿条和螺杆轴两种零件的关键结构就是螺旋滚道。螺旋滚道加工是机加工行业中公认比较困难的工序之一，而内螺旋滚道的加工就显得更为困难.我公司涉及内螺旋滚道加工的产品数量非常多,主要表现为多种螺距、多种中径。我公司通常工序安排为:滚道拉刀拉削----粗磨滚道保证形状和中径----精磨滚道.滚道加工占据了总工序生产周期的五成以上。并且，滚道拉刀的使用成本也较高，使用要求也非常严格，这些均成为产能提升的短板，不适应提高生产率、降低生产成本的发展战略要求。螺旋滚道由两段偏心圆弧组成(如图3)，滚道底孔最小的仅有φ29，有多种螺距(螺距t=11、10、9.525、…)，滚道加工时存在断续切削。我公司原生产工艺采用专用螺旋拉刀拉削加工，单件消耗工时4分钟。螺旋拉刀自身就是一种比较复杂且昂贵的专用刀具,使用时对冷却环境、工装调校精度、机床导轨精度、刀具自身刃磨等要求均非常高，并且随着刀具自身的使用磨损,零件尺寸也随之变化。不得不通过粗磨工序来保证尺寸和修正滚道形状.这些直接导致生产成本非常高，不利于提高生产效率。二、初步方案为了推动公司产能提升，我考虑采用其他高效率加工。首先想到用玉米齿螺旋铣刀加工内螺旋滚道.但经于相关刀具工程师探讨，结合零件自身结构特点，针对玉米齿螺旋铣刀不适应多螺距、成本高等特点。最后决定自行开发刀具采用铣削螺纹的加工工艺方案。在各方经验的整合下，结合产品螺旋滚道大螺距、复杂截面形状的特点，借鉴外螺旋滚道的加工现状，我用YT15硬质合金刀片制作成成型刀片(如图4)，将四片刀体焊接到刀杆上再进行刃磨修正。试用时取切削速度υ=65m/min，刀具转速ν刀 = 800n/min,工件转速ν工 = 32n/min.调整好设备开始试加工。铣削一件耗时3.5分钟，稍快于拉削工艺消耗工时。铣削后滚道表面粗糙度Ra6.3μm。滚道70mm内中径误差达到0.08mm，但可以接受。经连续加工10件后发现刀片顶刃后角开始磨损，工件螺旋滚道出现振纹。连续加工40件后刀片顶刃后角严重磨损出现扎刀嘶叫声，便停止试验。三、方案的进一步优化经过分析，发现有如下因素影响刀具的耐用度：①内螺旋滚道中径偏小，仅有φ30；②因为零件自身结构，刀具存在断续切削；③切削深度太大，达3.5mm；④刀杆材料选型不合理，结构刚度不够； ⑤自制成型刀片的几何精度存在较大误差。针对众多不利因素，我决定将刀片材料由YT15硬质合金改为高速钢HSS材料， 并将刀杆设计成整体式锥度结构以提高刀体刚度，修改刀头相关参数，提供刀具图纸由专业刀具厂家外协生产，由刀具厂家保证切削刃形状及精度。很快刀具厂家送来两件合格刀具，刀具单件报价110元。第二轮试用时， 借鉴刀具厂家建议修改切削参数,取切削速度υ=37m/min，刀具转速ν刀 = 400n/min，工件转速ν工 = 20n/min.采用3-5%乳化液进行冷却。连续加工30件后，刀具开始出现磨损.再一次停止试验。刃磨刀具后针对情况再调整切削参数：切削速度为υ=25m/min，刀具转速ν刀 = 250n/min，工件转速ν工 = 24n/min。 考虑到一次吃刀深度太大，决定分两次进给，第一刀吃刀深度为2.5mm，第二刀为1-1.5mm。再一次试加工, 滚道表面粗糙度可达到Ra3.2-Ra6.3μm，滚道前后中径误差在0.05mm范围内.单件生产工时约4分钟，与拉削工艺单件耗时持平.连续加工80件后才出现顶刃后角磨损.试验证明，改进效果非常明显,采取办法非常对路。 将实际试用情况与刀具生产厂家进行沟通， 决定再一次对刀具相关参数进行改进：将顶刃后角由原来6°加大到8°，将前角调小到4°(如图6)。再次试用后效果非常明显，连续加工100-150件刀具才需刃磨修整。班产量略高于拉削加工，可以定型生产。经批量制造刀具，刀具单件成本降到了80元。四、效果比较此铣削工艺的使用，经过9个月的正常生产验证，生产一线反映较好，得到了车间领导和工人的好评。经调查统计，针对此工序的工艺创新，使车间在产量提升、节能降耗方面得到很多实惠，主要有如下优点：1、自制铣刀铣滚道较拉刀拉削节约了刀具成本，核算到单件零件上可使成本降低18%；2、 完全可以统一零件滚道中径尺寸，避免了以前因拉刀磨损存在各种不同尺寸的混乱局面； 3、 同一种铣刀可以适用各种不同螺距、不同中径的零件加工，舍弃了不同产品需多种拉刀加工的局面；4、由于铣削滚道质量和尺寸的保证，取消了滚道粗磨工序，大大缩短了生产周期，节约了设备人员等资源。更直接地提升了产能。 五、前景展望考虑到整体式刀具使用后刀柄部分随之丢弃浪费了一定的成本,经于刀具厂家进一步沟通，准备下一步将整体式HSS铣刀改为如图7所示的刀盘结构，使用定位键定位， M6螺钉夹紧,制作成分体式结构。刀具磨损后仅修磨小刀盘，刀杆完整无缺。这样可以更进一步节约刀具成本和减少换刀时间。 考虑到分体式刀具的整体刚度，采用不同内孔(滚道中径不同)制作对应杆径系列的刀杆来解决。铣削工艺在滚道类产品上成功使用后，我准备下一步将此工艺推广到公司其他类产品加工上,如:接头内螺纹的加工，迷宫型密封槽的加工等。为飞宁公司“工艺创新，提升产品质量”作出更大的贡献！(end)

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