□ 樂崇年

寧波北侖職業(yè)高級中學(xué) 浙江寧波 315803

1 設(shè)計背景

某企業(yè)生產(chǎn)的N45B型水用減壓閥閥體如圖1所示,材質(zhì)為錫青銅。在實際使用中,閥體的左右兩端分別連接輸入管和輸出管,中間部分的閥孔與閥芯配合,改變閥芯的相對位置,即可實現(xiàn)輸出端壓力的調(diào)整。

圖1 N45B 型水用減壓閥閥體

為節(jié)省材料及提高加工效率,閥體一般采用鑄造方式先制作毛坯,再采用閥體數(shù)控加工專機和板牙、絲錐、階梯式成形刀具等,經(jīng)一次裝夾,完成左右兩端處內(nèi)外螺紋及中間部分閥芯配合孔、內(nèi)螺紋的加工。

閥體中間的φ32 mm和φ24 mm閥孔經(jīng)階梯式成形刀具單向加工后,與下端的鑄造面交接處難免會產(chǎn)生一些毛刺,影響增強尼龍閥芯的使用壽命,因此需要將毛刺去除干凈。由于毛刺均位于兩個孔的底部處,難以采用常規(guī)設(shè)備和刀具去除,因此長期以來只能采用人工加刮刀的方式去除。由于毛刺位于閥體內(nèi)部,距離管口較遠(yuǎn),管口直徑較小等原因,人工加刮刀的去毛刺操作不僅勞動強度大,工作效率低,而且質(zhì)量也難以保證。由此,亟需一種更加科學(xué)和高效的工藝方法來解決去毛刺問題。經(jīng)過資料查閱和借鑒相關(guān)經(jīng)驗,設(shè)計制作了一種階梯式浮動去毛刺刀。

2 刀具結(jié)構(gòu)

階梯式浮動去毛刺刀基本結(jié)構(gòu)如圖2所示,主要由刀桿、調(diào)壓螺釘、彈簧、頂桿、定位銷、刀片、夾持部位等組成。刀片可繞定位銷轉(zhuǎn)動,頂桿與刀片的尾部連接,彈簧分別連接頂桿和調(diào)壓螺釘。刀桿上的刀片安裝處開有橫向通槽,便于刀片的安裝及更換。

圖2 刀具基本結(jié)構(gòu)

刀片上的定位槽起定位刀片的作用,使刀片只能繞圓柱銷轉(zhuǎn)動。刀片切削刃進(jìn)行去毛刺加工,圓弧形擠壓面擠壓φ32 mm、φ24 mm內(nèi)孔表面,可將刀片切削刃收縮至刀桿的橫向通槽內(nèi),避免破壞已加工的內(nèi)孔表面。刀片的尾部設(shè)計有兩條成一定交角的直線輪廓,與頂桿頭部錐形輪廓相匹配,用于控制刀片的工作角度。

3 工作原理

采用階梯式浮動去毛刺刀進(jìn)行去毛刺加工時,將夾持部位裝夾在專機或鉆床主軸上,由主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn),并隨主軸做軸向進(jìn)退。切削刃縮入刀桿如圖3所示。當(dāng)主軸向下運動使上、下刀片的圓弧形擠壓面分別與φ32 mm、φ24 mm已加工孔內(nèi)壁接觸時,上、下刀片分別繞定位銷做逆時針和順時針回轉(zhuǎn)。通過頂桿和壓縮彈簧,迫使刀片的切削刃縮入刀桿內(nèi)。切削刃伸出刀桿如圖4所示。當(dāng)上、下刀片的圓弧形擠壓面分別向下離開φ32 mm、φ24 mm孔內(nèi)壁時,上、下刀片在彈簧壓力的作用下,分別做順時針和逆時針轉(zhuǎn)動,切削刃伸出刀桿,進(jìn)行去毛刺加工。以此循環(huán),去除所有毛刺。

圖3 切削刃縮入刀桿

圖4 切削刃伸出刀桿

4 刀片制作

加工材質(zhì)為錫青銅,主要成分含錫5%～7%,含鋅5%～7%,含鉛2%～4%,其余為銅。查閱切削用量手冊可知,去毛刺加工時宜采用慢速切削,選擇轉(zhuǎn)速為140 r/min左右。要求切削刃較鋒利,對刀片材質(zhì)紅硬性的要求則不高,因此可以選用HSS高速鋼作為刀片材質(zhì)。

考慮到去毛刺處內(nèi)孔分別為φ32 mm和φ24 mm,刀片厚度不宜過大,取刀片厚度為 2 mm。最小極限后角如圖5所示。2 mm厚度刀片的后刀面與φ24 mm內(nèi)孔表面不相干涉的最小極限后角為4.79°,實際制作中,可取后角為5°。為保持刀片的鋒利,取前角為3°進(jìn)行刃磨。

圖5 最小極限后角

刀片可以采用刀具磨床或線切割加工結(jié)合刃磨完成。其中,采用線切割加工精度高、成本低、效率高,與刀具磨床加工相比,具有省工序、省時、節(jié)約費用的優(yōu)點。為保證線切割加工質(zhì)量,應(yīng)采用防電解電源及小脈寬加工策略,并縮短脈沖電流的持續(xù)作用時間,控制表面變質(zhì)層在1μm以內(nèi),改善表面質(zhì)量,減小內(nèi)應(yīng)力,避免裂紋產(chǎn)生。

5 壓力調(diào)整

要使刀片在加工中既能順利完成去毛刺加工,又能進(jìn)入φ32 mm、φ24 mm孔時將切削刃靈活縮回至刀桿內(nèi),彈簧壓縮量ΔX的設(shè)置是一個較為重要的參數(shù)。彈簧壓力F計算式為:

F=KΔX

(1)

(2)

式中:K為彈簧系數(shù),N/mm;G為剪切彈性模量,MPa,碳鋼為80 000 MPa,不銹鋼為72 000 MPa;d為線徑,mm;n為有效圈數(shù);D為彈簧中心直徑,mm。

可見,若彈簧壓縮量增大,則傳遞給刀片的壓力增大,能夠承受的切削力增大。若彈簧壓縮量減小,則傳遞給刀片的壓力減小,能夠承受的切削力減小。對于彈簧壓縮量的大小,可以通過調(diào)壓螺釘?shù)妮S向位置進(jìn)行設(shè)置。

6 刀片更換

刀片為易損件,切削刃嚴(yán)重磨損后,可直接更換。更換刀片時,先用一字形螺絲刀擰出調(diào)壓螺釘,再取出彈簧和頂桿,最后將刀片沿定位槽移出定位銷后取出。刀片的安裝順序與取出順序相反。

為了使刀片的更換簡易便捷,在刀桿的刀片安裝處開有橫向通槽,寬度與刀片厚度為0.05 mm左右的間隙配合。

7 結(jié)束語

階梯式浮動去毛刺刀可以在專機或立式鉆床上使用,采用主軸旋轉(zhuǎn)、進(jìn)給、回退實現(xiàn)毛刺去除,代替原有的人工加刮刀去毛刺方式,質(zhì)量及結(jié)果一致性大大提高。采用雙浮動刀片的刀具結(jié)構(gòu),可以同時完成兩處毛刺的去除,大大提高生產(chǎn)效率。刀桿采用45號鋼制成,經(jīng)熱處理后洛氏硬度HRC保持35,可長期使用。刀片采用可快速更換式結(jié)構(gòu),經(jīng)批量加工后備用,最大限度節(jié)約刀具使用成本和刀片更換時間。