压缩机制造中的刀具改进

平台株式会社

压缩机的应用范围非常广阔，包括石化、冶金、纺织、航空航天等领域。一台压缩机往往由成百上千个零部件组成，制造工艺复杂，技术要求高。为能满足各种零件的生产需要，刀具以及工装夹具的合理配备是非常重要的，要在生产中满足好、快、省的要求，就必须对一些刀具以及工装进行改进和设计。下面列举三个例子：
$ p8 N$ |$ n- g5 b  h1 A铣削离合器法兰刀具及工装改进
单向作用螺旋齿离合器的形状为螺旋端面齿结构，其作用是当传递的扭距超过一定数值时即能自行脱开，所以亦称安全离合器。在铣床上最常用的加工方法为分度头挂轮法，按导程计算挂轮（导程为16），在分度头与工作台之间配置适当的挂轮实现工件匀速转动和匀速直线运动，从而加工出阿基米德曲线型面；但是其缺点在于，要配换三组挂轮及一个中间轮来实现，而且主动轮与被动轮的位置不能颠倒，在操作过程中十分繁琐。刀具选用Ф8～Ф10立铣刀，对刀时需把铣刀切削刃与工件轴心相切，操作时刀具降到要求深度后，分度手柄插入分度板孔内，摇动分度手柄20圈，在分度头旋转的同时，工作台作纵向进给，使工件作复合运动，得到螺旋槽；抬高刀具，反向转动分度头手柄20圈，拔出插销，继续摇动分度手柄20圈，插入插销，并重复上述步骤加工另一螺旋槽。
上述加工方法费时费力，且不能一次加工符合图纸要求，在齿根处留有刀具半径。需手工修锉齿根部位使其保持R0.5，效率低，精度要求也得不到保证。
对此现象，笔者一直考虑能否一次完成加工并达到图纸设计要求。经过仔细分析，并运用CAD辅助设计，决定对原用刀具和工装进行彻底改进。工装由笔者和经验丰富的老师傅协同作战，仅用两天时间便设计出来，并绘图交由相关部门负责加工。刀具几何角度、形状经过理论计算，也已初具雏形，接下来的问题是如何把刀具加工出来。为此我厂特地进行招标，两家具有资质的刀具制造企业参与投标。其中，一家提出需一次性订货200支，且单价在200元左右，一批刀具合计约4万元，该厂家还拒绝小量定做试刀；另一家则直接了当地表示可定做一支，但单价必须是2000元，且交货周期较长。
/ G+ D% o4 \' A经过仔细考虑，我们最终决定自己动手承担刀具改制任务。利用车间现有的万能工具磨床进行加工，采用国产高速钢Ф22锥柄大螺旋立铣刀进行改制，首先刃磨铣刀前端，磨成倒锥度，单边斜8°状。然后修磨前角，增大容屑槽空间（针对容屑槽形状以及加工特性，特地与某日本品牌刀具作比较，发现远远优于其切削效果，具体在第二部分直柄立铣刀作简单介绍），避免在加大走刀量快速铣削时出现切屑堆积现象。最后一道工序就是修磨后角，后角太小则无法切动工件，太大则又容易使刀具刃口折断。因此针对此刀的加工场合，后角选择8°，经过对调质45#钢，直线试切削效果非常理想，满刀一次切深10mm时非常平稳。
6 E0 S+ H% g% p6 Z5 u/ r# t在此顺便简单介绍一下工装的结构原理，其主要部件为丝杆、右旋斜齿圆柱齿轮、插销、底架等等组成，回转一周导程为16。
& [5 v1 _6 @9 a其工作原理是顺时针转动手轮并带动丝杆转动，使斜齿圆柱齿轮作逆时针转动（按照斜齿轮受力分析，逆时针转动时，轴向力F向上），转动一周的同时上升一个导程，结构简单方便实用。
  H4 f2 D) E0 ^. u: p9 K" E/ \刀具安装于铣床主轴后，立铣头顺时针扳转7.5°，工装水平装夹在铣床工作台上，零件装于其上。试加工后得到的效果令人震撼，整个螺旋法兰面加工完成只用了5分钟，效率比原先提高5倍，刀具耐用度是原先2倍，达到每加工200只修磨一次刃口，单把刀具重复利用率达到10次；且零件各项标准完全符合图纸要求。在这之前，螺旋法兰面也曾尝试在三轴联动立式加工中心用球头铣刀加工（立铣刀加工螺旋面有干涉），不仅加工时间较长，而且在齿根处留有刀具球头半径，需经二次加工。当然，此刀具在四轴以上加工中心加工离合器法兰同样可以达到预期效果。
2 _9 {! ?! e1 A0 X3 }9 m- b  B0 r直柄立铣刀改进
4 i# i4 C# w8 @  s0 J填料小室的材料采用2Cr13优质不锈钢，在端面有宽12mm、深20mm、直径200mm的环形槽，见图4。最初使用国产Ф12高速钢直柄立铣刀加工，一次切深5mm，加工不到5分钟切屑便粘附在铣刀刀齿上，使切削条件恶化，铣刀崩刃，加工中换刀频繁，效率很低，加工一个环形槽需要150分钟。后又改用日本三菱硬质合金铣刀，虽然使用上各方面性能优于前者，但还是存在切屑堆积在容屑槽内的问题，在加工中心上自动加工时，出现崩刃、甚至刀具折断。由于每把刀具的费用在1000元左右，加工成本极高，给企业带来极大浪费，一时间又很难找到合适的刀具来替代。
笔者对上述刀具进行分析，发现产生铁屑拥堵排屑不畅的原因是容屑槽较小。那么，能否在原有基础上加宽容屑槽宽度及形状？如果按照上述想法改变刀具容屑槽宽度以及一些角度问题能够迎刃而解的话，那此方法是值得一试的。笔者随即投入工作，调整工具磨床，刃磨容屑槽，在原有基础上加宽10%，并且使槽的圆弧尽量圆滑，更加有利排屑。铣刀的工作前角增加到25°左右，使铣削更加轻快，但取值不宜过大，以免削弱刀齿强度。
  X$ p  E' l5 v% X; v  u8 y$ _: ]经过对工件切深10mm切削试验，切削非常平稳，整个加工过程没有切屑粘附在铣刀刀齿上，加工用时20分钟。但是工件的要求深度是20mm，按常规加工，深度一般不超过铣刀直径一半，能否一次直接加工到所需深度呢？国内生产的12mm铣刀大多刃长在25mm左右，能否承受满刀铣削，又将是一次考验。加工时用10#切削油进行高压冷却，铣削深度达到20mm，一次加工并达到预期效果，且用时不到50分钟，使加工速度在原基础上提高一倍，经过二次改进的铣刀，无论在切削条件方面，还是进刀深度上都优于进口刀具。刀具费用仅为15元，是进口刀具的1/30（保守估计，进口刀具一般500~1000元左右），而且节省了换刀辅助时间，加工综合效益显著。与进口刀具相比，国产刀具在材料上不存在太大问题，只要在几何角度以及磨削上下一些工夫，完全可与进口刀具媲美，甚至超过进口刀具。采用普通刀具经过二次改进代替进口刀具，加工速度较进口刀具提高了近一倍，年节约工具费用达十多万元。
普通高速钢键槽铣刀的改进
键槽加工在金属加工中是极为简单的，但是铣刀直径越大，向下钻削的阻力就越大。为此,笔者按照群钻的原理刃磨铣刀端部切削刃，两个刃口磨成若干交替的锯齿状分屑槽，并在加工中心上进行垂直钻削加工盲孔，效果很理想，在原先的两个切削刃上无形中多出了若干个辅助切削刃，较大地减小刀具和工件的摩擦系数及切削阻力，铁屑形状由先前的片状转变为带状断屑，在相同的转速条件下，走刀量是原先的3倍。
目前，国产刀具的性能已越来越接近进口刀具，有的国产刀具性价比甚至还优于进口刀具。我厂通过对国产刀具的大量使用，生产成本大幅下降。为了适应新时代需要，就必须发展先进的制造技术，以先进的制造技术推动科技创新，提高企业的整体设计水平和产品研发能力，降低研发成本，提高企业的技术创新能力和我国的制造技术水平。
' ?) D6 }5 F+ s6 {, l7 g文章关键词： 压缩机 刀具