一種偏心擴(kuò)孔裝置的研制

千鑫

摘 要：施工現(xiàn)場中缺少大型機(jī)加工設(shè)備時(shí)，需要在工件上進(jìn)行偏心擴(kuò)孔通常采用兩種方式：一種為火焰切孔，另一種為磁力鉆鉆孔。目前在施工現(xiàn)場擴(kuò)孔方面沒有專用的偏心擴(kuò)孔鉆夾具，也多采用傳統(tǒng)方式解決偏心擴(kuò)孔問題，以往的施工方式存在加工精度低、效率低、擴(kuò)孔次品率高、大厚度工件無法切削等缺陷，為解決上述存在的問題，發(fā)明了一種偏心擴(kuò)孔裝置，該裝置具有加工精度高、偏心量可調(diào)、車削阻力小、效率高、車削量可調(diào)、行程可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的推廣性和實(shí)用性，也為在施工現(xiàn)場遇到同類型的缺陷提供了借鑒方法。

關(guān)鍵詞：偏心；擴(kuò)孔；車削；精度

中圖分類號：TG713 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0036-03

Abstract： In view of the lack of large-scale machining equipment in the construction site， the eccentric hole reaming is usually carried out in two ways： one is flame hole cutting， the other is magnetic drill hole. At present， there is no special jig for eccentric hole reaming in the construction site， and more traditional ways are used to solve the eccentric hole reaming problem. In order to solve the problems mentioned above， an eccentric hole reaming device was invented to solve the problems in the past construction methods， such as low machining precision， low efficiency， high rate of defective products from reaming holes， and unmachined workpieces of large thickness. The device has the advantages of high machining precision， adjustable eccentricity， low turning resistance， high efficiency， adjustable turning amount， adjustable stroke， etc. It has high popularization and practicability， and provides reference method for the same kind of defects encountered in the construction site.

Keywords： eccentricity； hole reaming； turning； accuracy

前言

某電站設(shè)計(jì)安裝有4臺225MW相同型號的水輪發(fā)電機(jī)組，因此電站采購一套頂蓋、底環(huán)備件在每臺機(jī)組擴(kuò)大性大修期間進(jìn)行更換，拆除下來的設(shè)備進(jìn)行修復(fù)后在下臺機(jī)組擴(kuò)大性大修期間進(jìn)行使用，按照此種方式進(jìn)行輪換使用，降低生產(chǎn)成本，該電站頂蓋設(shè)計(jì)直徑6030mm，重60.7T，共140顆M48把合螺栓，基材分兩層，每層厚度100mm，底環(huán)設(shè)計(jì)直徑5856mm，重36.7T，共70顆M48把合螺栓，24顆M85把合螺栓，基材厚度273mm，但在某臺機(jī)組大修期間進(jìn)行頂蓋、底環(huán)預(yù)裝時(shí)發(fā)現(xiàn)底環(huán)有32顆螺栓成不規(guī)則偏孔現(xiàn)象，頂蓋有50顆螺栓孔成不規(guī)則偏孔現(xiàn)象。

在工件上進(jìn)行偏心擴(kuò)孔時(shí)，通常采用兩種方式：火焰切孔和磁力鉆鉆孔。其中，火焰切孔精度較低，當(dāng)精度要求不高時(shí)，火焰切孔具有較高的切孔效率。而磁力鉆的鉆孔精度相對較高。但上述兩種擴(kuò)孔方法均不適宜在厚度較大的工件上進(jìn)行偏心擴(kuò)孔，使用磁力鉆在厚度較大的工件上鉆孔存在以下問題：鉆頭的上端固定在磁力鉆夾嘴中，其下端通常為懸空狀態(tài)，只可依靠工件自身進(jìn)行定位，在擴(kuò)孔過程中磁力鉆由于水平受力不平衡而產(chǎn)生偏移，將影響擴(kuò)孔的垂直度；磁力鉆采用雙導(dǎo)軌設(shè)計(jì)，具有較大的行程空間，是隨著行程的增加，導(dǎo)軌之間的機(jī)械間隙隨之增大，磁力鉆鉆頭的擺動(dòng)幅度隨之增大，影響擴(kuò)孔精度[1]。因施工現(xiàn)場缺乏大型機(jī)加工設(shè)備，在進(jìn)行火焊切割、磁力鉆鉆孔方式處理時(shí)，均因基材厚度過大而導(dǎo)致加工失敗，基于上述原因及設(shè)備可能返廠加工的情況下，設(shè)計(jì)并制造了針對大型設(shè)備現(xiàn)場安裝錯(cuò)位處理的加工工具。

1 原理介紹

針對在生產(chǎn)加工中所產(chǎn)生的問題設(shè)計(jì)了一種偏心擴(kuò)孔裝置，其設(shè)計(jì)理念巧妙的將磁力鉆便攜加工的特點(diǎn)與車削加工精度較高的優(yōu)勢相結(jié)合，克服了磁力鉆擴(kuò)孔時(shí)雙導(dǎo)軌較大的機(jī)械配合間隙以及加工過程中刀具水平受力不平衡而產(chǎn)生的偏移，使得大件設(shè)備現(xiàn)場高精度擴(kuò)孔[2]成為現(xiàn)實(shí)。

該偏心擴(kuò)孔裝置主要由車削裝置和定位裝置組成，車削裝置主要包括刀桿、車刀，其功能為完成工件的車削，定位裝置由底座、偏心套筒、頂緊螺桿組成，在車削過程中保證車削系統(tǒng)的垂直度和同心度，所述底座上開設(shè)有一偏心孔，底座外邊緣開設(shè)有排料口，并在底座側(cè)面上開設(shè)有與偏心孔內(nèi)壁連通的螺紋孔；所述偏心套筒配合安裝在底座上的偏心孔內(nèi)，采用一緊定螺釘旋接在螺紋孔內(nèi)，將偏心套筒壓緊在偏心孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)偏心套筒的周向定位；偏心套筒下端邊緣設(shè)置有外凸緣，對偏心套筒進(jìn)行軸向定位。所述刀桿上端為與鉆孔設(shè)備的夾持頭連接，其中部安裝有三塊車刀[4]，三塊車刀的鉆切進(jìn)刀量自上至下依次減小，保證一次最大加工切削量，其下端穿插在偏心套筒的內(nèi)孔中，增加了錯(cuò)位擴(kuò)孔時(shí)的穩(wěn)定性。

使用該擴(kuò)孔裝置對工件進(jìn)行偏心擴(kuò)孔時(shí)，先將擴(kuò)孔裝置的底座固定在待擴(kuò)孔位置的工件下部，使工件上原有的孔與偏心套筒的內(nèi)孔對準(zhǔn)，再自上至下將刀桿插入工件上原有的孔內(nèi)，刀桿下端插入偏心套筒的內(nèi)孔中，轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套筒，將刀桿的偏心距離調(diào)整到合適值，擰緊緊定螺釘，將刀桿上端夾持在磁力鉆的夾嘴中，啟動(dòng)磁力鉆，即可對工件上原有的孔進(jìn)行偏心擴(kuò)孔。

偏心套筒的內(nèi)孔位置可以調(diào)節(jié)，偏心擴(kuò)孔時(shí)刀桿上、下兩端分別通過動(dòng)力裝置和定位裝置進(jìn)行約束，刀桿不會因車刀水平受力不平衡而產(chǎn)生偏移，確保擴(kuò)孔的垂直度；而且當(dāng)磁力鉆的行程改變時(shí)，刀桿中部的車刀不會擺動(dòng)，增加了偏心擴(kuò)孔時(shí)的穩(wěn)定性，提高了擴(kuò)孔精度。該擴(kuò)孔裝置操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)。

圖1包含為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；底座的示意圖；偏心套筒的剖面圖以及擴(kuò)孔裝置在工件上擴(kuò)孔的示意圖；其中1-刀桿、2-車刀、3-底座、4-偏心套筒、5-螺栓、6-工件、7-磁力鉆；31-偏心孔、32-螺紋孔、33-螺紋孔、34-缺口；41-外凸緣。

參見圖1所示的擴(kuò)孔裝置，包括底座3、偏心套筒4及刀桿1，所述底座3上開設(shè)有偏心孔31，在底座3側(cè)面開設(shè)有與偏心孔31內(nèi)壁連通的螺紋孔33；所述偏心套筒4配合安裝在底座3上的偏心孔31內(nèi)，一緊定螺釘旋接在螺紋孔33內(nèi)，將偏心套筒4壓緊在偏心孔31內(nèi)，實(shí)現(xiàn)偏心套筒4的周向定位；偏心套筒下端邊緣設(shè)置有外凸緣，對偏心套筒進(jìn)行軸向定位。所述刀桿1上端為與磁力鉆的夾持頭連接，其中部安裝有車刀2，其下端穿插在偏心套筒4的內(nèi)孔中。

在本實(shí)施例中，所述偏心套筒4[5]的內(nèi)孔偏心距與底座3上偏心孔31的偏心距相等，均為2.5mm，當(dāng)偏心套筒4在底座3的偏心孔31內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，刀桿1的偏心量隨之改變，刀桿1的偏心范圍為0～5mm。

而且在本實(shí)施例中，所述刀桿1沿軸線方向安裝有三塊車刀2，三塊車刀2的鉆切進(jìn)刀量從上至下依次減小，確保擴(kuò)孔一次成型，提高了擴(kuò)孔工作效率。所述偏心套筒4下端邊緣設(shè)置有外凸緣35，以對偏心套筒4進(jìn)行軸向定位。使用該擴(kuò)孔裝置對工件6上原有的孔進(jìn)行偏心擴(kuò)孔時(shí)，先將擴(kuò)孔裝置的底座3固定在待擴(kuò)孔位置的工件6下部，使工件6上原有的孔與偏心套筒4的內(nèi)孔對準(zhǔn)，再自上至下將刀桿1插入工件6上原有的孔內(nèi)，刀桿1下端插入偏心套筒4的內(nèi)孔中，轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套筒4，將刀桿1的偏心距離調(diào)整到合適值，擰緊緊定螺釘，將刀桿1上端夾持在磁力鉆7的夾嘴中，啟動(dòng)磁力鉆7，即可對工件6上原有的孔進(jìn)行偏心擴(kuò)孔。

在工件車削加工時(shí)作用在刀具上的力為Fr[3]。Fr可分解為相互垂直的切深抗力Fx、進(jìn)給抗力Fy和主切削力Fc三個(gè)分力。Fx是校驗(yàn)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的主要依據(jù)，F(xiàn)y是校驗(yàn)機(jī)床剛度的必要依據(jù)，F(xiàn)c是計(jì)算刀桿、刀片強(qiáng)度及夾具的主要依據(jù)，對于切削力的計(jì)算以及車刀的選擇，在一般加工方法，如車削、孔加工和銑削等通常會采用單因素方式進(jìn)行計(jì)算，即為固定其它的影響因素進(jìn)行推算，則Fc的計(jì)算關(guān)系式為：

FC=C■·a■■·f■·V■■·K■

式中：C■代表車削影響系數(shù)，通過查詢試驗(yàn)數(shù)據(jù)表可得；ap代表背吃刀量。X■、Y■、N■表示為吃刀量對車削力的影響指數(shù)；K■表示為切削力的修正系數(shù)

在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)車削材料和刀具材料的不同，以及需要加工材料的加工型式的不同可以選擇不同的加工系數(shù)，并利用計(jì)算出的主切削力對選用的刀桿、刀片強(qiáng)度及夾具材料進(jìn)行校核，以滿足不同切割、車削加工的需求。

本實(shí)施例中，由于工件6上原有的孔為上小下大的臺階孔，底座3安裝在大直徑臺階孔內(nèi)，由于大直徑臺階孔內(nèi)壁具有內(nèi)螺紋，為了方便固定底座3，在底座3的外側(cè)面上設(shè)置有外螺紋，底座3旋接在該大直徑臺階孔內(nèi)。并在底座3外邊緣開設(shè)有缺口34，擴(kuò)孔時(shí)產(chǎn)生的鐵屑能夠及時(shí)從該缺口34排出，不會在小直徑臺階孔內(nèi)堆積。

作為本實(shí)施例的一種優(yōu)選方案，擴(kuò)孔后為了便于將底座3從工件6下部的大直徑臺階孔內(nèi)拆下，在偏心孔31兩側(cè)的底座3上旋接有螺紋孔32，螺紋孔32內(nèi)旋接有螺栓5，操作者只需將該螺栓5當(dāng)做把手，抓住螺栓5頭將底座3從大直徑臺階內(nèi)旋下即可，在螺紋孔32上旋入螺桿可作為底座3的定位螺桿，在加工過程中底座3位置固定后并旋入頂緊螺桿，依靠頂緊螺桿的軸向力對底座進(jìn)行定位。

2 創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 加工精度高

偏心擴(kuò)孔時(shí)刀桿上、下兩端分別通過動(dòng)力裝置和定位裝置進(jìn)行約束，改變了單頭固定的加工模式，保證刀桿在旋轉(zhuǎn)切削過程中不因水平受力不平衡而發(fā)生偏移，克服了磁力鉆擴(kuò)孔時(shí)雙導(dǎo)軌較大的機(jī)械配合間隙以及加工過程中刀具水平受力不平衡而產(chǎn)生的偏移，減小運(yùn)行擺度，保證擴(kuò)孔尺寸和垂直度。

2.2 偏心量可調(diào)

偏心套和底座的內(nèi)孔均設(shè)計(jì)為偏心孔，偏心距為2.5mm，可通過旋轉(zhuǎn)偏心套和底座的相對位置關(guān)系調(diào)節(jié)擴(kuò)孔量0-5mm。實(shí)現(xiàn)偏心加工量的可調(diào)節(jié)，并設(shè)計(jì)有周向定位和軸向定位功能，也可根據(jù)需求對偏心距進(jìn)行改變以適應(yīng)不同的加工環(huán)境。

2.3 車削阻力小

底座外圓設(shè)計(jì)排屑孔，保證在加工過程中，金屬屑能夠順利排出，減少刀桿運(yùn)行過程中的阻力。

2.4 車削量可調(diào)

刀桿上設(shè)置有3塊加工刀頭，三塊車刀的鉆切進(jìn)刀量從上至下依次減小，確保擴(kuò)孔一次成型，在加工過程中實(shí)現(xiàn)一次最大加工切削量。

2.5 行程可調(diào)

作為本裝置的另一種優(yōu)選的方案，因磁力鉆的加工行程有限，可根據(jù)實(shí)際加工厚度在刀桿上端、下端適當(dāng)位置各設(shè)置一組刀具，采取分段加工方式進(jìn)行超行程工件的加工。

3 結(jié)束語

此偏心擴(kuò)孔工具為工件偏心擴(kuò)孔提供了新的思路和方法，也從根本上解決了現(xiàn)場安裝問題，而且該工具可以根據(jù)不同的適用場合可對底座的固定形式進(jìn)行改變，比如法蘭固定、螺紋固定、通過配合間隙進(jìn)行固定以及通過施加外力進(jìn)行固定等方式，以滿足擴(kuò)孔裝置車削裝置的定位功能，具有較高的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈建軍，陳曉東，于廣偉，等.擴(kuò)孔鉆結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與設(shè)計(jì)[J].工具技術(shù)，2015，49（08）：36-40.

[2]任軍.擴(kuò)孔鉆結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（03）.

[3]黃燊華.切削力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[4]剪占鰲，曹里民，劉建軍，等.機(jī)械式系列化擴(kuò)孔器試驗(yàn)與應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2001（01）.

[5]王曉松，蔡玉貴，馮躍凱，等.隨鉆擴(kuò)孔器現(xiàn)場應(yīng)用分析[J].石化技術(shù)，2017（07）.