一种高效加工不锈钢阀杆梯形螺纹的车刀
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细长杆的加工,目前还是一个难题,特别是不锈钢材料、长径比较大的梯形螺纹细长杆加工更为困难。

图1 液化汽截止阀阀杆
图1为液化汽截止阀阀杆简图,阀杆材料为0.82Cr/13,阀杆上有一段长为140mm梯形螺纹Tr24×5-8e,该梯形螺纹表面粗糙度为Ra0.8。本阀杆长径比约为13.2,若按底径计算,长径比约为16.6,刚性较差,再加上不锈钢材料塑性大,硬度高,韧性强,导热性差,因此加工过程中变形较大。
针对这一问题,我们在不锈钢阀杆的梯形螺纹加工中,对刀具材料、切削角度、冷却液等几个方面进行了探讨和试验。

1 车刀材料的选择

针对不锈钢加工性差的特点,我们选用钨钴类硬质合金作为车刀材料。因钨钴类合金(YG类)的韧性、耐磨性、耐高温性、刃磨性、抗粘结性和导热性能均比较优越,本加工阀杆梯形螺纹车刀材料选用YG8。虽然也可选用钨钴钛类合金,如具有较高耐磨性和红硬性、抗氧化性的YW1、YW2材料,但价格较贵,故我们没有采用。

图2 前角对牙形角的影响

2 车刀角度的选择

  1. 前角gp和刀尖角e的选择
    加工不锈钢材料时,切屑呈带状,切削力集中在应选择较大的前角,经试验,选择前角gp=12°。
    众所周知,车削螺纹时,车刀前角将影响螺纹的牙型角,因为有前角的螺纹车刀车出的螺纹牙型角会大于车刀的刀尖角e,前角越大,牙型角误差也越大,如图2所示。因此,为了保证螺纹牙型角准确,应对车刀刀尖角进行修正。根据经验,若车刀前角gp≤12°时,车刀刀尖角ε值可按下面近似公式计算:
    e=a·cosgp(1)

    式中:a—梯形螺纹牙型角(°)
    车削Tr24×5-8e梯形螺纹时,a=30°,rp=12°。
    所以,e=30°×cos12°=29.55°=29°33'
  2. 车刀后角(径向后角)的选择
    后角的作用主要是减少车刀后面和工件已加工表面之间的摩擦。为提高生产率,高速切削时,硬质合金车刀可采用较小的后角。加工Tr24×5-8e不锈钢梯形螺纹时车刀的后角取ap=4°左右。
    a.螺纹的螺旋升角b.螺纹螺旋升角对车刀实际后角的影响
    图3
  3. 车刀侧刃后角的选择
    车削时,车刀相对工件的运动是螺旋运动,螺旋运动会影响车刀切削时侧刃的实际后角,这个问题在车外圆时由于进给量较小可忽略不计,而在车螺纹时便显得突出了。其影响的大小是由螺旋升角w决定的。由图3可以看出:车削螺纹时,由于加工表面是一个螺旋面,切削平面相应回转了一个螺旋升角w。因此使车刀切削时的实际后角发生了变化:
    顺走刀方向的侧刃后角
    af左=(3°~5°)+w(2)
    背走刀方向的侧刃后角
    af右=(3°~5°)-w(3)
    或取0°
    螺旋升角ω的计算公式如下:
    tanw=L/(pd2),然后算出螺旋升角w值。
    式中:w—螺旋升角(°);
    L—螺旋导程(mm),导程=螺矩×头数;
    d2—螺纹中径(mm)。
    为了方便操作者使用,也可采用以下近似公式计算:
    w=18.24°×L
    d2
    (4)
    加工Tr24×5-8e梯形螺纹时
    w=18.24°×5=4.24186°=4°15'
    21.5
    af左=(3°~5°)+w=7°15'~9°15';
    af右=(3°~5°)-w=-1°15'~0°45'。

    图4 不锈钢工件梯形螺纹车刀
    为刃磨刀方便,可取af右=0°。
    另外,为了保证排屑顺利,减少振动,降低工件的表面粗糙度,要求操作者在车刀磨好后,对刀具前后面用油石认真鐾刀。

3 阀杆车削时切削用量的选择

设备为CA6140,转速n=400~500r/min,
走刀量f=5mm/r
吃刀深度ap=0.25~0.5mm
为了克服不锈钢粘附能力强、散热性差的缺点,使用硫化切削油作为切削液,这有利于减少摩擦,减少变形,降低切削温度,防止刀刃产生冷作硬化现象,还能提高螺纹表面质量。
Tr24×5-8e梯形螺纹的加工,采用直进法车削,7次进刀车成。每个班可加工100根左右,提高效率2~3倍,且螺纹表面粗糙度可稳定达到Ra3.2μm,特别是一把车刀可用一个班不必重磨,生产效率非常高。

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本文作者:河北师范大学职业技术学院机械系 范淑果
原载:《机械工程师》1999年第6期
上载于:2006-11-23 9:43:45

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