一种高效加工不锈钢阀杆梯形螺纹的车刀

一种高效加工不锈钢阀杆梯形螺纹的车刀

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1 液化汽截止阀阀杆

2车刀角度的选择

1) 前角γp和刀尖角ε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γp=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ε,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γp≤12°时，车刀刀尖角ε值可按下面近似公式计算：ε=α·cosγp(1)

式中：α—梯形螺纹牙型角(°)

车削Tr24×5-8e梯形螺纹时，α=30°,rp=12°。

所以，ε=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αp=4°左右。

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ω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ω。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

αf左=(3°～5°)+ω(2)

背走刀方向的侧刃后角

αf右=(3°～5°)-ω(3)

或取0°

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

螺旋升角ω的计算公式如下：

tanω=L/(πd2),然后算出螺旋升角ω值。

式中：ω—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：

L

ω=18.24°×

d2 (4)

加工Tr24×5-8e梯形螺纹时

ω=18.24°×

5

=4.24186°=4°15 21.5

αf左=(3°～5°)+ω=7°15～9°15;

αf右=(3°～5°)-ω=-1°15～0°45。

为刃磨刀方便，可取αf

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。

图4 不锈钢工件梯形螺纹车刀

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。