CN112355589A - 一种带内孔螺纹的硬质合金制品的加工方法及工装夹具 - Google Patents
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Abstract
一种带内孔螺纹的硬质合金制品的加工方法，涉及硬质合金加工技术领域，所采用的技术方案包括以下步骤：步骤1，制作毛坯；步骤2，调整车刀；步骤3，制作工装夹具；步骤4，装夹；步骤5，内孔螺纹加工；步骤6，烧结。本发明利用硬质合金烧结前硬度较低的特点，提前在毛坯内孔上加工好螺纹，再烧结成型，所需要的车刀材质要求不高，并且加工效率高、成本低廉；限位环在车螺纹过程中限位环对毛坯端面形成了支撑和保护，避免了槽口崩缺。
Description
技术领域
本发明涉及硬质合金加工技术领域，尤其涉及一种带内孔螺纹的硬质合金制品的加工方法。
背景技术
硬质合金制造工艺由混合料制备、压制成型和烧结三部分组成，硬质合金具有高硬度、高耐磨性。钢材等硬度较低的材料的螺纹加工一般采用车削、铣削等方法，但对硬质合金等采用粉末冶金工艺制作的高硬度材料制品，采用常规车削、铣削的方法无法实现，现有工艺多采用砂轮磨削、电火花等方式加工，但加工效率低、成本居高不下。如果直接在压制成型的毛坯上车出螺纹，因为毛坯强度低，车刀在毛坯的端面处容易造成槽口崩缺的问题。
发明内容
针对现有技术方案中硬质合金制品内孔螺纹加工效率低、直接在毛坯上加工容易出现槽口崩裂的问题，本发明提供了一种带内孔螺纹的硬质合金制品的加工方法。
本发明提供如下的技术方案：一种带内孔螺纹的硬质合金制品的加工方法，包括以下步骤：
步骤1，制作毛坯；
步骤2，调整车刀，根据毛坯的内孔螺纹升角确定车刀的中轴线与前刀面之间的夹角；
步骤3，制作工装夹具，根据毛坯的尺寸确定工装夹具的尺寸，包括制作套管以及制作将毛坯固定在套管内的端盖，具体步骤如下：
步骤31，确定套管尺寸以及制作套管，所述套管一端设置有限位环，所述套管的长度小于毛坯的长度，所述套管内壁与毛坯外壁间隙配合，所述限位环的内径小于毛坯内径；
步骤32，确定端盖尺寸以及制作端盖，所述端盖设置有进刀通孔，所述进刀通孔的内径小于毛坯外径且大于毛坯内径；
步骤4，装夹，将毛坯装进所述套管内，并将所述端盖固定在所述套管远离所述限位环的一端；再将所述工装夹具装夹在车床的夹爪上；
步骤5，内孔螺纹加工，车床带动所述工装夹具以及毛坯旋转，车刀从所述进刀通孔开始进刀，从限位环出刀；
步骤6，烧结，将加工好内孔螺纹的毛坯放入烧结炉中烧结成型。
优选地，步骤1中，由产品的内径、外径、长度乘以制品材质的烧结收缩系数得到毛坯的内径、外径和长度。
优选地，步骤2中所述车刀的材质为聚晶金刚石刀具。
优选地，所述套管与所述毛坯之间的间隙为0.03~0.05mm。
优选地，所述毛坯内径与所述限位环内径的差值为0.5mm。
优选地，所述毛坯长度与所述套管长度的差值为0.5mm。
优选地，所述夹爪为三爪卡盘。
优选地，所述车床为数控车床。
本发明的有益效果是：1、利用硬质合金烧结前硬度较低的特点，提前在毛坯内孔上加工好螺纹，再烧结成型，所需要的车刀材质要求不高，并且加工效率高、成本低廉，任意螺纹升角大小、螺距大小、孔径大小的产品都能加工；2、端盖将毛坯固定在套管和限位环上，而且限位环的内径小于毛坯内径，使毛坯的端面完全贴合在限位环上且贴合紧密，在车刀经过毛坯与限位环的交界处时，限位环对毛坯端面形成了支撑和保护，增加了毛坯端面边缘的结构稳定性，从而避免了槽口崩缺。
附图说明
图1为本发明中工装夹具的一个实施例的安装示意图。
图2为本发明中工装夹具的一个实施例的剖面图。
图3为本发明中车刀的一个实施例的示意图。
附图标记：1-毛坯，2-车刀，21-前刀面，3-工装夹具，31-套管，311-限位环，32-端盖，321-进刀通孔。
具体实施方式
以下结合附图及附图标记对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟悉本领域的技术人在研读本说明书后能据以实施。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了如图1-3所示的一种带内孔螺纹的硬质合金制品的加工方法，包括以下步骤：
步骤1，制作毛坯1；
步骤2，调整车刀2，根据毛坯1的内孔螺纹升角确定车刀2的中轴线与前刀面21之间的夹角；
步骤3，制作工装夹具3，根据毛坯1的尺寸确定工装夹具3的尺寸，包括制作套管31以及制作将毛坯1固定在套管31内的端盖32，具体步骤如下：
步骤31，确定套管31尺寸以及制作套管31，所述套管31一端设置有限位环311，所述套管31的长度小于毛坯1的长度，所述套管31内壁与毛坯1外壁间隙配合，所述限位环311的内径小于毛坯1内径；
步骤32，确定端盖32尺寸以及制作端盖32，所述端盖32设置有进刀通孔321，所述进刀通孔321的内径小于毛坯1外径且大于毛坯1内径；
步骤4，装夹，将毛坯1装进所述套管31内，并将所述端盖32固定在所述套管31远离所述限位环311的一端；再将所述工装夹具3装夹在车床的夹爪上；
步骤5，内孔螺纹加工，车床带动所述工装夹具3以及毛坯1高速旋转，车刀2从所述进刀通孔321开始进刀，从限位环311出刀；
步骤6，烧结，将加工好内孔螺纹的毛坯1放入烧结炉中烧结成型。
本方法适用于硬质合金制品内孔螺纹的加工，尤其适用于螺纹升角在10°以上的采用普通加工方式加工难度更大的内孔螺纹加工。
步骤1中，毛坯制作采用现有的粉末冶金工艺，先制备混合料，再压制成型。在一个实施例中，毛坯为轴套，为规则的圆环状物体。毛坯可采用烧结时能够均匀收缩的硬质合金粉末制作，例如碳化钨-钴WC-Co硬质合金。
步骤2中，车刀的刀头直接作用于毛坯内壁上，其前刀面与中轴线之间的夹角α决定了被加工螺纹的螺旋升角，如图3所示。螺纹升角的计算为现有技术，计算公式如下：
其中，φ为螺纹升角，n为螺旋线数目，P为螺距，d为螺纹中径。
根据内螺纹尺寸计算螺纹升角。在一个实施例中，毛坯上需要的内螺纹的螺旋线数目为1，螺距为41.91mm，螺纹中径为42.85mm，则由上述公式计算可得，螺纹升角为17.3°。根据此螺纹升角对车刀的中轴线和前刀面之间的夹角α做出调整，使α=17.3°。调整好车刀后，将车刀安装在车床上。
步骤3中，为避免在毛坯上车削螺纹时出现槽口崩裂的现象，还需要制作工装夹具，对毛坯的端面进行保护和支撑，工装夹具的一个实施例如图2所示。工装夹具的制作包括制作套管和端盖。套管一端设置有限位环，且另一端设置有端盖，端盖上还设置有进刀通孔。工装夹具可采用高速钢制作，易于批量加工。在螺纹加工过程中，进刀通孔可作为车刀的进刀口，车刀在完成毛坯内孔螺纹的加工后并不直接停止，而是越过毛坯和限位环的交界面，以限位环远离端盖的一端为出刀口。
毛坯由于硬度较低，不能直接被装夹在车床上，需要利用套管起到保护作用；同时，在螺纹加工时，毛坯、套管的中轴线需要与车床转动的中轴线重合，防止偏心产生尺寸误差，因此，毛坯的外壁可与套管的内壁间隙配合，且间隙较为微小，防止毛坯偏离中轴线；为了端盖能够将毛坯压紧在限位环上，毛坯的长度L1应大于套管的长度L2，使端盖与毛坯能够直接接触。限位环的内径d2需小于毛坯的内径d1，毛坯在端盖作用下与限位环的端面紧密贴合并且限位环将毛坯的端面完全覆盖，车刀在经过毛坯和限位环的交界面时，限位环可以对毛坯端面的边缘形成支撑和保护，加强毛坯端面的稳定性，防止车刀经过时造成槽口崩缺现象。在制作端盖时，既要与毛坯接触，又要让开车刀的工作面，所以进刀通孔的直径大于毛坯的内径d1，且小于毛坯的外径。
步骤4中，制作好工装夹具后，可首先将毛坯置于套管内，再使用端盖将毛坯在限位环的端面上压紧以传递扭矩，同时使毛坯的端面与限位环的端面紧密贴合，并将端盖固定在套管上，然后将套管设置有限位环的一端装夹在车床的夹爪上，使端盖面对车刀。车床及夹爪均为现有技术，车床上设置有能带动夹爪以既定速度转动的转动电机。端盖可采用螺纹连接的方式与套管可拆连接。
步骤5中，开启车床，车床通过夹爪带动工装夹具及毛坯按照既定的速度旋转，车刀以端盖的进刀通孔为进刀口开始进刀，匀速向限位环方向移动，进行毛坯内孔螺纹的加工；车刀在完成毛坯的螺纹加工后并不直接停止，而是越过毛坯和限位环的交界面，以限位环远离端盖的一端为出刀口。如果内孔螺纹的螺旋线数目为多个，则按照螺旋线的分布角度依次进行每个螺旋线的加工。
步骤6中，将加工好内孔螺纹的毛坯批量放入烧结炉中进行烧结，得到产品。烧结为现有技术。
采用本方法对硬质合金制品的内孔螺纹进行加工，极大地提高了加工效率，降低了加工成本。以硬质合金轴套为示例，以现有加工方法，每天只能加工20-30件产品，平均成本为30元/件，采用本方法加工，每天平均能加工200件，平均成本可降低到2元/件。
优选地，步骤1中，由产品的内径、外径、长度乘以制品材质的烧结收缩系数得到毛坯1的内径、外径和长度。
在现有的烧结技术中，采用均匀收缩的材质时，毛坯烧结过程中会发生均匀收缩，其变形幅度为烧结收缩系数，可由实验测定并校验。因此，在步骤1制作毛坯时，毛坯的各项尺寸，比如内径、外径、长度，需要由产品的各项尺寸与烧结收缩系数相乘来计算。在一个实施例中，毛坯材质采用WC-Co硬质合金粉末，烧结时收缩较为均匀，其烧结前相较烧结后的烧结收缩系数为1.25。
优选地，步骤2中所述车刀2的材质为聚晶金刚石刀具。
聚晶石金刚石刀具PCD具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。
优选地，所述套管31与所述毛坯1之间的间隙为0.03~0.05mm。
在一个实施例中，套管与毛坯之间的间隙控制在0.03~0.05mm。一般来说，为取得最好的加工效果，套管和毛坯之间的间隙应当越小越好，但对于现有车床来说，0.03~0.05mm的控制精度较为稳定可行，且螺纹加工时对产品误差的影响在接受范围内。
优选地，所述毛坯1内径与所述限位环311内径的差值为0.5mm。
在一个实施例中，毛坯内径d1比限位环内径d2小0.5mm，车刀在经过毛坯与限位环交界时，限位环对车刀造成的扰动较小，成本也较低。
优选地，所述毛坯1长度与所述套管31长度的差值为0.5mm。
在一个实施例中，毛坯长度L1仅比套管长度L2大0.5mm，以控制成本。
优选地，所述夹爪为三爪卡盘。
夹爪可采用三爪卡盘，稳定性较高，用于将工装夹具固定在车床上。
优选地，所述车床为数控车床。
数控车床为一种装有程序控制系统的自动化机床，可处理精密、小批量的零件加工问题。
以上为本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种带内孔螺纹的硬质合金制品的加工方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1，制作毛坯（1）；
步骤2，调整车刀（2），根据毛坯（1）的内孔螺纹升角确定车刀（2）的中轴线与前刀面（21）之间的夹角；
步骤3，制作工装夹具（3），根据毛坯（1）的尺寸确定工装夹具（3）的尺寸，包括制作套管（31）以及制作将毛坯（1）固定在套管（31）内的端盖（32），具体步骤如下：
步骤31，确定套管（31）尺寸以及制作套管（31），所述套管（31）一端设置有限位环（311），所述套管（31）的长度小于毛坯（1）的长度，所述套管（31）内壁与毛坯（1）外壁间隙配合，所述限位环（311）的内径小于毛坯（1）内径；
步骤32，确定端盖（32）尺寸以及制作端盖（32），所述端盖（32）设置有进刀通孔（321），所述进刀通孔（321）的内径小于毛坯（1）外径且大于毛坯（1）内径；
步骤4，装夹，将毛坯（1）装进所述套管（31）内，并将所述端盖（32）固定在所述套管（31）远离所述限位环（311）的一端；再将所述工装夹具（3）装夹在车床的夹爪上；
步骤5，内孔螺纹加工，车床带动所述工装夹具（3）以及毛坯（1）旋转，车刀（2）从所述进刀通孔（321）开始进刀，从限位环（311）出刀；
步骤6，烧结，将加工好内孔螺纹的毛坯（1）放入烧结炉中烧结成型。
2.根据权利要求1所述的一种带内孔螺纹的硬质合金制品的加工方法，其特征在于：步骤1中，由产品的内径、外径、长度乘以制品材质的烧结收缩系数得到毛坯（1）的内径、外径和长度。
3.根据权利要求1所述的一种带内孔螺纹的硬质合金制品的加工方法，其特征在于：步骤2中所述车刀（2）的材质为聚晶金刚石刀具。
4.根据权利要求1所述的一种带内孔螺纹的硬质合金制品的加工方法，其特征在于：所述套管（31）与所述毛坯（1）之间的间隙为0.03~0.05mm。
5.根据权利要求1所述的一种带内孔螺纹的硬质合金制品的加工方法，其特征在于：所述毛坯（1）内径与所述限位环（311）内径的差值为0.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种带内孔螺纹的硬质合金制品的加工方法，其特征在于：所述毛坯（1）长度与所述套管（31）长度的差值为0.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种带内孔螺纹的硬质合金制品的加工方法，其特征在于：所述夹爪为三爪卡盘。
8.根据权利要求1所述的一种带内孔螺纹的硬质合金制品的加工方法，其特征在于：所述车床为数控车床。
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