用新型镗刀提升加工效率

对于能源工业的生产厂而言,将预先钻削的孔径或铸件上原有的孔径扩大到7in(1in=25.4mm)或8in的做法是很不寻常的。要将孔径扩大至这样的尺寸往往需要多次增量走刀加工,操作员需在每一次走刀后,将镗杆刀夹再次调节到适当的直径,如果超过行程范围,还需更换刀具。这样的加工方法必然会延长加工周期,对生产效率和产量产生负面的影响。

Van Currie先生是石油和燃气工业生产厂Wellhead公司的生产工程师,他对这一问题非常熟悉。为了生产一个阀体,该公司必须在这个阀体上加工两个深度接近21in、孔径为8in的盲孔,并且完成这一加工任务需要花费8h。由于该公司不满意这一生产工艺,他们求助于Allied机械工程公司,希望他们能够提供一个可降低加工周期的解决方案。结果,该钻削加工系统制造商出乎意料的做出了非常迅速的反应,提供了一种专用刀具,采用这一刀具加工孔径,几乎只需走刀一次,就可完成该孔径的全部加工,使整个加工周期缩短到1h以下。关键是该刀具上安装了一种相位镶刀片,即使在低功率的机床上加工,也可达到很高的金属切削速度。

Currie先生说:“我们放弃了原先那种需要不断调节和更换的老式镗刀,采用了这种新式的开放式镗孔刀具,经过头几个零件的试切削加工,我们就回收了刀具本身的成本费用。”

Wellhead公司创建于1947年,最近被Seaboard International公司并购。该公司主要生产石油工业使用的零件,如阀门、钻孔法兰、盘管头、环形密封堵头以及其他产品。设立在加利福尼亚州的Bakersfield生产厂为世界范围内和国内客户提供服务,其中包括德克萨斯州、怀俄明州和科罗拉多州以及加拿大,甚至包括科威特等国的客户。该公司有100名雇员,每天采用三班工作制,主要生产重达4000lb(1lb=0.454kg)的大型零件,有些零件的加工时间长达8h。

上述阀体由4340合金钢锻件加工而成,加工时采用驱动功率为15hp的Toshiba卧式镗铣床和泛流式冷却液冷却。每个零件上需要加工两个大孔,首先采用双切削槽硬质合金钻头和手摇钻钻孔,其转度为56r/min,进给率为0.006 ipr。采用小型硬质合金钻头的目的是为了先在在阀体上钻出一个导向孔,以便于刀具定位,而安装于刀具上的镶刀片,只需一次进刀,就可将孔径扩大到5.9in。

在接下来的镗削加工过程中,问题随之产生了,因为还需将孔径扩大至8in,深度加大至21in。之前该加工车间采用一可调节的镗杆镗刀加工,转速为125r/min,进给速度为0.75ipm。采用这种镗刀加工这一孔径,需走刀7次。每次走刀以后,操作工必须重新调节镗刀的螺丝,如果第一次加工超过了其行程极限,还需重新安装另一个镗杆。采用这种方法加工一个零件,整个加工周期达8h以上。

Currie先生说:“我们用双切削槽钻头加工5.91in孔径时的速度很快。但在采用镗杆旋转法将孔径从6in扩大至8in时,每次走刀只能切削0.2in或0.3in的深度—这确实需要花费很长的加工时间。”

在过去的操作中,该车间成功地使用了来自Allied公司的刀具,该公司对阀体的加工和如何降低加工周期的方法给予了具体的指导。来自Allied机械工程公司的经销商代表Praxair先生推荐了可调式开放型钻削镗刀。但其现有的刀具最大加工直径范围为2~5.62in,于是该公司又特别为Wellhead公司制造了8in专用镗刀。

开放式钻削镗刀带有两个直径相对的镶刀片刀夹,可产生重叠的切削效果。两个刀夹的形式是完全一致的,用户只需选择一个就可完成全部直径的切削,而其余一个刀夹就成为内侧刀夹。当外侧刀夹被调节到最终直径以后,内侧刀夹被调节到较小的半径上(其相位差往往按照半径考虑,而不是按照直径考虑)。因此,当刀具旋转时,刀架开始重叠,每一个镶刀片只切除总体材料的一个部分,以便达到最终所需的直径。这种配置方式有利于两个镶刀片刀夹之间的切削力分配,可降低主轴上的总体负荷,以达到更高的金属切削速度。

Currie先生说:“镶刀片的加工可一直延续到整个走刀过程,因此我们不需要在中间停顿和更换镶刀片。”

按照生产厂的说法,该刀具对低功率机床特别有效,如Wellhead公司15hp的镗铣床。这是因为其具有足够高的转速,即使在较低的进给速度下,其多个镶刀片的加工能力可以切除大量的金属材料。

Currie先生补充说,该刀具也解决了Wellhead公司的孔径平直度加工问题。加工这一原材料孔径用的双切削槽钻头会发生微小的“移动”现象—也就是说,该钻头会发生中心偏离的现象,形成一个带有一定角度的斜孔。然而,在镗削操作过程中,其他的刀具也会随着这一孔径的角度方向运动,因为开放式镗刀没有导向机构,不受在材料上找中心的限制。这让重叠加工的镶刀片可以直接对材料进行镗削加工,并使预先钻孔的孔径得到校正。

开放式镗刀在寻找“最佳契合点”的过程中,曾进行了几次试切削加工。然而以各种速度和进给率,大概经过30min左右的试验以后,其优越性开始逐渐地体现出来。当刀具以125 r/min转速和0.46 ipm进给速度运行时,Wellhead公司只需一次走刀就可将孔径扩大到7.9in(其余的0.1in有待于单独操作加工,以达到所需要的表面光洁度)。加工周期降低到46min,每一孔的加工时间节约了3.5h,每一个零件的加工时间大约节约了7h。在加工10个孔径以后,Wellhead公司总计节省了1500美元的生产成本。Currie先生说:“其加工那种材料的速度确实很快。没有其他更好的方法可以加工如此大的孔径。采用原先的加工方法,每一次切削,您必须调节镗杆或更换刀具


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