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“日式” 石墨电 极锥形螺纹机床加工质量探讨

2015年06月26日 09:59中国机床商务网作者:炭素人点击:5725

  【中国机床商务网 产品评测】普通功率石墨电极的生产工序多,周期长,能源消耗高,不确定因素多;因石墨电极及接头的外在加工质量波动而造成的质量事故也屡见不鲜,因此应加强石墨化后产品的机械加工控制,重点关注电极与接头的加工精度、配合精度以及连接的可靠性。
  
  电极端面接触趋近100%,间隙趋近于0;螺纹一侧全部贴合(面接触),另一侧及齿顶存在合理间隙(见图1).这样的连接可确保所有螺纹牙面均匀受力,连接强度大大增加;在使用过程中,折断及松脱的几率减少;通电后电阻率下降,热膨胀使间隙减小,但不会产生热压溃,电极消耗下降且难以烧断。
  
  在实际加工过程中,由于加工精度差,连接后端面间隙大,螺纹牙部接触不好,通电后电阻加大,容易产生局部打弧、烧损甚至烧断;多牙连接变成少牙接触,而且是点接触,受力强度下降,加之通电后的振动,电极极容易松脱以至折断;连接径向及齿面间隙时大时小,通电后的热膨胀还会使间隙太小的部分产生局部热压溃,也大大地影响着连接强度,加剧了烧损、松脱、折断的危害。
  
  因此,要实现理想连接,必须同时提高电极和接头的加工质量。通过实施设备改造,查找存在问题,加强过程控制,完全能够使实际状态无限接近理想连接。

  

  1、石墨电极加工质量问题
  
  石墨电极加工质量差主要表现在以下三个方面:1)电极锥形孔螺纹加工精度不符合标准。不能保证任意一支电极与任意一只同规格接头都可靠连接(即保持互换性);2)电极本体外回轴线与接头孔轴线不同心。连接后轴线出现“漂移”,同轴度得不到保证,边缘接触不到(图2a);3)电极上下两个端面不平行或电极本体躯干中心线与一个端面不垂直。上下两支电极连接后轴线出现“扭曲”,垂直度得不到保证,端面一边紧压接触,另一边产生间隙(图2b)。
  
  特别需要指出的是,由于工作原理的差异,“美式”车床易导致2)、3)两种现象的发生,而“日式”车床问题主要集中在锥形螺纹孔的加工上131,下面主要分析“日式”车床易出现的问题。
  
  “日式”车床电极锥形孔螺纹加工过程中常见的质量问题如下:
  
  1)平面度“十”方向上所谓的“一点好,三点不好”和“三点好,一点不好”;
  
  2)螺纹孔椭回(即通常说的“扁”);
  
  3)锥形孔整个圆周上有一小段螺纹牙型缺损;
  
  4)螺纹牙型瘦,严重时可导致“花牙”;
  
  5)锥形孔口与孔底螺纹一头正常,另一头螺纹齿顶不完整;
  
  6)牙型异常。通过接头与电极孔旋接后,在螺纹牙面出现周期性亮斑(俗称“西瓜皮”);
  
  7)螺纹孔“中凸气
  
  2、原因分析
  
  石墨电极的加工质量在很大程度上取决于机床的自身性能,机床本身的各种问题都可能导致加工产品的质量不合格。以下是螺纹加工机床本身常见的一些问题。

  

  2.1马鞍托架
  
  1)调节不当,支撑托轮偏高或偏低。在电极外圆加工尺寸一致的前提下,若支撑托轮偏高,造成电极加工端抬头,相当于加大了螺纹加工的吃刀深度,加工出来的电极螺纹孔变大;反之若支撑托轮偏低,造成电极加工端下沉,加工出来的电极螺纹孔也大。同时,由于电极的轴线与实际回转中心线不一致,也会影响端面的平面度控制。
  
  2)托轮转动不灵活。轴承损坏,或托轮与托架单面摩擦。
  
  3)蜗轮蜗杆磨损或损坏,承重后双面(或单边)下沉。电极在旋转过程中,因螺纹孔仿形与马鞍托架部位电极外表面的形状(尤其是单边下沉),加工出来的螺纹孔呈椭圆。若经过接头旋接后,齿面甚至出现“抛物线”痕迹。
  
  2.2滚珠丝杠副
  
  1)侍服进给系统的间隙。
  
  2)丝杠螺距误差的变化。长期使用后,由于机械磨损的客观存在,机械传动元件的间隙、导轨副的间隙必然加大,滚珠丝杠的补偿值不可避免地也发生变化。一旦磨损或维修后未及时人工补偿,原有的位置精度已经不在刚出厂时的状态,使得加工精度大打折扣。在加工过程中,二轴丝杠间隙超过内控标准,可导致螺纹孔(即结合度)忽大忽小;
  
  2轴丝杠间隙超过内控标准,可导致螺纹牙型异常等严重后果。
  
  2.3机床导轨
  
  1)正常磨损。在长期的使用过程中,由于两个接触面存在不同程度的摩擦,使摩擦副表面产生了不同程度的磨损,影响了加工精度和生产效率。
  
  2)接触面严重积灰。车床保养、润滑不到位。
  
  2.4卡盘
  
  1)卡爪夹不紧。三爪不在一个同心圆上,卡盘积灰严重。
  
  2)气压不够。压缩空气水分大、压力低。加工螺纹时,卡爪没夹紧电极,致使电极在转动过程中纵向窜离原工位或出现电极转速相对滞后于走刀的现象。
  
  2.5飞刀体及轴承座
  
  1)主轴锥孔和梳刀刀柄联接不可靠。材料、锥度不匹配和更换刀柄操作不当均有可能。
  
  在切削过程中,主轴锥孔和梳刀刀柄均会在离心力的作用下发生径向膨胀,膨胀量的大小随旋转速度的增大而增大,配合面间呈现出很复杂的接触状态和应力状态。在主轴锥孔和刀柄均采用同类材料的情况下,前者的膨胀量总是大于后者,从而降低了联接的可靠性;若主轴锥孔和梳刀刀柄的材料性能匹配不当,后果将更严重。上述变化在常用转速下一般被忽略不计,但转速较高时,离心力产生的径向膨胀会降低联接面间的接触应力,导致梳刀刀柄相对主轴锥孔位置的变化并使刀具在径向切削力的作用下发生弯曲,直接影响加工精度和螺纹表面粗糙度。
  
  主轴锥孔和梳刀刀柄联接的径向间隙随旋转速度的提高呈平方关系增长,且在整个接触锥面上,这种变化是不均匀的;加上飞刀体锥度柄较长,很难实现全长无间隙配合。梳刀刀柄大端处的间隙比其它部分间隙大,径向间隙的变化呈喇叭口形,且随着转速的提高,喇叭口趋势更加明显,该间晾不仅会引起刀具的径向圆跳动,影响刀具系统的动平衡;而且会使得主轴与梳刀刀柄间的联接变松,导致梳刀刀柄在轴向夹紧力的作用下向主轴后端移动,引起刀柄轴向定位误差。因此,一般只要求配合前段70%以上接触,而后段往往会有一定间晾。
  
  如果通过提高过盈量来抵消高速旋转时主轴与刀柄间的间隙,以保证主轴锥孔和梳刀刀柄联接在高速下仍有可靠的接触的话,过大的过盈量需拉刀机构产生很大的拉力,对换刀非常不利,还会使主轴端部膨胀,对主轴前轴承有不良影响。
  
  2)梳刀主轴轴承调整不合理。主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。特别需要指出的是,旋转精度决定于主轴以及轴承的制造和装配质量。游隙太大,造成轴窜动;游隙太小,轴承发热。
  
  3)平面刀固定不牢。
  
  2.6切削刀其
  
  3)目前,电极锥形孔螺纹的切削刀具(梳刀)材质主要有高速钢、45.钢镶嵌硬质合金或全硬质合金等。相比而言,高速钢材质的梳刀耐用度较差。
  
  1)刀具磨削后变形:镶嵌硬质合金梳刀的刃磨一般先用人造金钢石砂轮磨削硬质合金部分,而后再用普通砂轮把整个面磨平。由于45#钢镶嵌硬质合金梳刀的硬质合金部分的膨胀率比刀架的要低,在磨削过程中,如果吃刀深度、切削速度以及走刀量控制不当的话,在经过4一5次磨削后,往往就会导致梳刀变形,加工出来的电极螺纹孔用塞规检测明显感觉“中凸”(图2)刀齿碰损;理论锥度实际锥度日
  
  3)梳刀与飞刀体不匹配,动平衡差。

  

  2.7电极本体
  
  加工过程中,电极跳动厉害。主要因为石墨化程度不够;自重较轻。
  
  2.8其他
  
  1)镶条(塞铁)。主要是磨损或变形,造成松动或爬行。
  
  2)压板(钩铁)。磨损后,加工产生抖动。漫猫咖啡
  
  3、解决措施
  
  1)利用数控系统的误差补偿功能,在有限的范围内对伺服进给系统的间距和螺距误差进行一定的补偿。
  
  2)对机床定期进行检测,人工刮研、修复导轨及其它摩擦副,使其保持应有的精度。
  
  3)经常检查梳刀主轴轴承的运行状态、润滑情况,调整好轴承游隙,并根据季节变化合理选择润滑脂。
  
  4)严格工艺控制,切实做好首支电极质检人员复检确认制度,增加操作人员自检频率。
  
  5)对螺纹加工用梳刀实行全程管理,周期检验,强制报废。
(来源:搜狐财经网)

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