[木工刀具制造] 浅析竹木拉丝刀具研制方法 看全部

浅析竹木拉丝刀具研制方法
熊新波 杨街良
(江西省建筑材料工业科学研究设计院,江西 南昌 330001)
摘 要:该文分析了竹木制品在现代消费市场的需求,竹木刀具研制企业的发展前景,针对竹木拉丝刀具的调研设计制作,制作过程中所需要的机械设备,各种机械设备具体的操作方式方法,其配套所需的各种工具夹具,砂轮的定制方式进行了详细的阐述,并对刀片刀坯材料的可加工性和做为刀片材料的各种硬度、强度、耐久耐热性进行分析,对刀片与刀坯的连接方式高频焊接的原理操作及其焊接效率和质量进行阐述,最后对刀具检测和制作全过程进行简单的总结。
关键词:刀具;金属;机械;磨床;砂轮;高频焊

[size=1em]竹制品是指以竹子为加工源料制造的产品,多为日用品,比如古有竹蓝、竹筛、竹蒸笼、竹匾、竹扫帚、竹背篓、箩框、竹扁担、竹床、竹椅,竹凳,竹桌、竹碗、竹杯和竹筷等,近年来也有比较流行的双面凉席、竹地板、竹家具、烧烤的竹签,还有一些价格比较高,经雕刻名师之手而成的各种民间竹雕工艺品等,可以说以竹子为源料制作的各类制品都深受消费者们的喜爱。在国家经济高速发展的背景下,竹木制品企业面临全新的挑战,对企业生产的竹木产品的品质提出更高的要求,各大企业在环保和节约资源的前提下努力提高生产品质和效率,使企业能与国家同步跟上市场的步伐。这与消费者要求有更好品质的产品的方向是不谋而合的,在现代市场经济作用下企业更需要用更好品质的产品,更高的生产效率来羸得消费市场的肯定。所以企业想要提高自己,生产出更好的品质和提高生产效率使企业在经济市场中占有一席之地,该怎么办呢?笔者认为有2 个方面,一方面是企业有一个好的管理团队,能让企业朝着阳光健康的道路发展,另一方面就是生产工具,好的生产设备是一家生产型企业的生存根本,没有好的工具,其他的都将是零,该文笔者就将对竹木制品生产过程里最为重要的工具竹木拉丝刀具的研究制作进行全面系统的分析。

1 竹木拉丝刀具的设计

[size=1em]竹木拉丝产品有很多种不同形状圆角的规格要求,所以竹木拉丝刀具的设计尺寸是根据竹木拉产品的规格尺寸进行设计计算刀片上开槽的尺寸、数量、刀片的材料和材料力学性能的分析。竹木拉丝刀具的设计主要有刀片开槽尺寸、数量、材料、设计齿数、刀坏外形及其各公差的要求,刀片与刀坯连接方式的合理选择,再根据以上的条件画出刀具的设计图纸和写出各项工序加工的工艺路线要求。竹木拉丝刀具的结构简图如图1 所示,此刀具的设计刀坏有12 玫刀齿,每玫刀齿上连接一片刀片,刀片上根据产品尺寸设计不同尺寸和数量的刀槽,此刀具的结构简单刀片的分布合理非常适应现代竹木拉丝制品企业的加工需求。其工作原理为竹木原料,从刀具的切线方向快速推进刀具的刀槽内,经过刀具的旋转作用能快速形成切割成型,使切割的成型产品快速光滑地从刀具切线方向的另一边出去。

2 竹木拉丝刀具的材料

[size=1em]刀具的材料主要分为刀片和刀坯2 个部分。

2.1 刀片材料

[size=1em]刀片材料根据所刀具拉丝产品的不同,刀片材料选择也不同,笔者选择了最适合制作刀具的材料――硬质合金

[size=1em]硬质合金是由WC、TiC、TaC、NbC、VC 等难熔金属碳化物以及作为黏结剂的铁族金属用粉末冶金方法制备而成[2]。与其他刀具材料相比,它具有较高的硬度、耐磨性和红硬性,与超硬材料相比,其具有较高的韧性,由于硬质合金具有良好的综合性能,其加工性能可以经磨床、电火花、电火花线切割等设备加工,因此在刀具行业里硬质合金得到了广泛的应用。目前,国内外大量刀具制造商均采用硬质合金作为刀具的原材料,笔者之所以选择硬质合金作为刀片材料,也是经再三考虑,其综合性能满足拉丝产品在生产过程中的耐用度高、磨损小、耐高温等要求而确定的。

2.2 刀坯材料

[size=1em]刀坏作为刀片的基体不直接参与竹木拉丝制品的切割,但是其外形复杂,如图1 所示,圆周上分12 个刀齿需要加工,为了节省加工制作成本,刀坯材料一般选择可加工性能比较好的材料,如45 钢40Cr 等材料,这2 种材料的可切削性很好,同时还能满足拉丝过程中刀具旋转所产生的扭矩力。

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[size=0.8em]图1 竹木拉丝刀具常见结构简图
[size=0.8em]1-刀坯;2-刀片;3-刀片后角;4-刀片前角;5-刀齿;6-高频焊接口;7-刀片刀槽

3 竹木拉丝刀具的加工3.1 刀片与刀坯的连接

[size=1em]竹木拉丝刀具刀片和刀坯之间是2 种不同材料的独立个体,要把刀片与刀坯牢固的连接成一个整体才能做成一把竹木拉丝刀具,那么硬质合金刀片与刀坯2 种不同材料的究竟用什么方法才能连接在一起并且具有一定的强度呢?笔者选择了全自动高频焊接。

[size=1em]高频焊的原理是借助高频电流的集肤效应可以使高频电能量集中于焊件的表层,而利用邻近效应,又可以控制高频电流流动路线的位置和范围。当要求高频电流集中于焊件的某一部位时,只要将导体与焊件构成电流回路,并使导体靠近焊件上的这一部位,使它们相互之间构成邻近导体,就能实现这个要求。高频焊就是根据焊件结构的具体形式和特殊要求,主要运用集肤效应和邻近效应,使焊件待焊处的表层金属得以快速加热而实现焊接。

[size=1em]高频焊具有4 个特点。1)由于电流高度集中于焊接区,加热速度极快,因此焊接速度可高达150 m/min~200 m/min。2)因焊接速度快,焊件自冷作用强,因此不仅热影响区小,而且还不易发生氧化,因此焊缝的组织和性能十分优良。3)焊前焊件表面可以不进行清理工作,因此提高了效率。4)能焊的金属种类广,产品的形状规格多。

[size=1em]经过对高频焊的原理和特点的分析,不难看出高频焊是非常适合做竹木拉丝刀具刀片与刀坯之间的焊接的,而且高频焊也是国内外大部分刀片刀具制造商运用最广泛的焊接方式之一,同时高频焊还可以保质保量安全高效率地进行焊接生产。

3.2 刀片刀槽粗加工

[size=1em]电火花线切割粗加工刀槽,预留精加工余量。a)如图1 所示,线切割对每片刀片进行切割时必须保证刀槽的角度、形状和位置一致,因此需要根据刀具外形特征设计出合理的工装夹具,以便提高效率保证加工质量。b)线切割工艺编制,根据刀具图纸对电火花线切割的要求编制好线切割的走刀路线图。在正始切割前必须对机床进行全面检查包括线路、导电块、各控制电器、各控制开关、切割液是否足量、机床线架导轮总成是否有异响等,并对机械机构注油保养进行试运行,以保证机床安全稳定的运转[1]。根据钼丝直径来确定放电间隙,选择脉冲电源(电压、电流、脉冲间隙宽度、功率管)。钼丝选择0.18 mm 切割硬质合金,放电间隙单边0.01 mm。根据硬质合金的特征调出合理电源参数和跟踪速度,确定了以上检查和电源参数后根据事先编好的切割线路图对刀片进行开槽切割。

3.3 竹木位丝刀具刀片前角和后角的韧磨

[size=1em]如图1 所示,要想刀具拉丝效率高,刀锋锋利无比有质感就必须给刀片设计出合理的前角和后角,要想磨出好的前角和后角就必须得有一台高转速运转平稳可靠的四轴联动数控磨床,磨床上有2 根砂轮主轴,一根轴安装盘式砂轮韧磨前角,一根轴安装碗式砂轮韧磨后角,刀具安装在一个联动分度头夹具上,对刀具十二片刀片30 度一分分次与各轴之间联动磨削加工,由于磨削材料为硬度比较高的硬质合金,所以砂轮必须根据刀片材料的特性定制成金刚石磨料的砂轮,只有金刚石磨料的砂轮配合高转速稳定的四轴联动磨床才能磨削出标准前后角刀锋的刀片。

3.4 竹木拉丝刀具刀槽精加工

[size=1em]刀槽的精加工是对每片刀片经线切割粗加工开槽后预留的精加工余量进行高精度韧磨,最终让每片刀片刀槽尺寸达到图纸的设计要求。刀槽韧磨是比较复杂重要的一步,刀具最终是否合格,拉丝切割竹木材料是否高效光洁质量高,都在此关键的韧磨一步上。根据图纸的设计要求,刀槽精加工公差要达到0.001 mm 的精度标准,同样这也需要一台转速可以达到5 000 r/min 以上,各轴之间联动运转平稳性很强且自带完整的冷却系统的高性能数控磨床。根据刀槽形状和尺寸的不同同样需要定制不同尺寸形状以金刚石为磨料的砂轮,砂轮定制等级也比前面的等级要高很多,对砂轮的动平衡,运转跳动值和平稳性提出了更高的要求,砂轮的定制方式也分为2 种形式,一种是根据每片刀片刀槽定制单一齿槽的金刚石砂轮对每个槽进行单一的韧磨成型。一种是根据每片刀片所有刀槽尺寸和数量进行定制合成型整体式金刚石砂轮对刀片所有刀槽一次性韧磨成型。第二种整体型砂轮磨削尺寸稳定,合格率高,大大地提高了磨削效率,降低生产成本。

4 竹木拉丝刀具动平衡检测

[size=1em]将刀具安装在动平衡检测机构上进行动平衡检测调试,对动平衡不达标的刀具进行动平衡调整,调整后确保每把刀具都可以达到动平衡要求。

5 竹木拉丝刀具的尺寸检查

[size=1em]将经韧磨动平衡检测的刀具放在专业的测量机构上进行公差检测包括外形尺寸、内径、光洁度和前后角等。检测合格进行编号封油包装。

6 结语

[size=1em]通过以上分析,对竹木拉丝刀具研制包括图纸的设计,工艺路线选择和改进,各工艺设备的要求和砂轮的定制方式等有了一个全方面的了解,对各拉丝刀具生产企业有指导的方向,对降低成本和提高生产效率有建设性的意见。

[size=1em]参考文献

[size=1em][1]黄文辉 .大规格陶资膜成型模具研制方法[J].江西建材,2016(24):296-300.

[size=1em][2]簿鑫涛 .硬质合金[J].热处理 ,2020(1):60.