大直径套料刀的研制与应用

　　随着科学技术的不断发展，机械加工技术进入了“高速、高效、智能、复合、环保”的崭新发展阶段，许多高速、高效的刀具应运而生：在孔加工方面，大直径扁钻、大直径复合钻代替了传统的钻、扩两序加工；大直径螺旋槽丝锥、内容屑丝锥等高精度、高效率刀具也得到广泛的应用。在汽轮机行业，大孔套料刀具也起到了高效加工的效果。

　　球面垫圈类工件加工现状

　　球面垫圈是汽轮机上、下缸体装配时不可缺少的调节部件，材质为2Cr12NiMo1W1V高强度耐热合金钢，它具有导热性差、韧性大、易加工硬化、易产生积屑瘤等特点，是常用钢材中可切削性较差的一个钢种。

　　常用球面垫圈传统的加工工艺是先用钻头钻孔，再用内孔镗刀分几刀车削至要求的内径尺寸。由于材质本身的特殊性，使球面垫圈的切削效率较低、刀具磨损较快、辅助时间长、加工质量不稳定等缺点暴露出来。再者，由于材料的大部分(棒料中间)都变成了铁屑，浪费大量的原材料。

　　针对此类零部件加工特点，综合考虑提高工件的加工效率、降低工具成本、提高材料利用率等几方面，我们研制了大直径套料刀，有效的解决了此类零部件的加工难题。

　　大直径套料刀的研制与应用

　　刀具主要针对内孔为Φ70～Φ136的球面垫圈进行研制。

　　结构参数的确定

　　套料刀具结构参数确定得是否合理，直接关系到它的工艺性、切削效率、加工质量以及使用寿命等多方面的问题。

　　结构的确定

　　大直径套料刀采用莫氏5号锥柄，在普通钻床及车床均可应用；刀头采取可换式结构，这样在加工不同类型零件时只需更换刀头，减少了辅助加工时间，提高加工效率；套料刀齿数为4齿，两个对称切削刃宽度A、B不同，且轴向高度相差距离C，加工时对称两个高齿先接触工件，后接触两个齿加工其余部分，这样的刀齿结构就能便于分屑，减少了切削阻力；刀刃有2°倒锥，其余为圆柱形，增加了刀具切削时的稳定性；为使刀具具有良好的耐磨性和韧性，刃部淬火硬度为62～65HRC，其余部分35～40HRC。

　　几何参数的确定

　　大直径套料刀主要应用于汽轮机球面垫圈的大孔加工。经过大量的试验证明，对2Cr12NiMo1W1V材料套料的刀具前角γ0选用16°～18°为宜。前角是影响刀具的锋利程度和刀体强度的主要因素，前角过小，切削抗力大，加剧刀具磨损，降低刀具使用寿命；前角太大，刀尖强度低，散热条件差，易产生磨损崩刃现象。主、副切削刃后角α0选用4°，这样既可保持刀具的加工尺寸精度和提高重磨次数，同时还能提高切削时的稳定性，使之不易产生崩刃。刀具螺旋角ω0则以12°～15°为宜。

　　材料的选择

　　由于刀具直径较大及被加工材料的特点，所以要求刀具具有较高的红硬性和韧性，一般高速钢(W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V)由于热处理后的性能较低，不宜采用，因此采用具有强度高、韧性好、刃口锋利等特性的高性能高速钢(W2Mo9Cr4VCo8)作为首选。

　　切削用量的选择

　　影响切削用量的因素很多，有工件材料、刀具材料、刀具结构和几何参数、加工工序以及具体的使用条件，如机床、装夹、切削液等众多因素。通过大量的切削试验，确定了转速n＝80~100r/min，进给量f＝0.20~0.30mm最佳。在加工时，刀具的冷却也十分关键，对加工质量、切削效率和刀具的使用寿命有着不可忽视的作用，所以加工时一定要使用冷却液并使刀具得到充分冷却。

　　刀具的表面处理

　　大直径套料刀选用的材料是M42高性能高速钢，材料成本和加工难度都很高，为提高刀具的强度，延长刀具使用寿命，可对刀具切削刃部分进行表面涂层处理。经试验分析表明，采用TiAlN、AlTiN等表面涂层处理效果最佳。经表面处理后的套料刀，耐用度可提高2~3倍。

　　加工实例

　　大直径套料刀在加工汽轮机超临界、超超临界机组的球面垫圈时取得了良好的加工效果。

　　零件加工在普通C630车床上进行，对5种不同规格的产品球面垫圈进行加工。根据球面垫圈的规格不同选用的切削用量为转速n＝60～90r/min，进给量f＝0.15～0.25mm，冷却方式采用油基冷却液。每把大直径套料刀可加工球面垫圈100件以上，刀具后刀面磨损量仅为0.1mm～0.2mm，而且刀具磨损后可以反复修磨，极大的提高了加工效率并降低了工具成本。

　　在汽轮机制造行业，球面垫圈每年都有很大的需求量，且品种繁多。采用大直径套料刀进行粗加工，切削平稳、加工稳定，代替了钻、镗(扩)两道工序，较原加工工艺提高切削效率5倍以上、降低工具成本50%，刀具寿命提高3倍以上，节省原材料50%以上，且降低了工人的劳动强度。套出的原材料可以作为小尺寸规格的零件使用，从而提高了原材料的利用率，降低了原材料成本。此种大直径套料刀，可以在形状类似的零件上推广应用。

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