紫铜防爆锤椭圆锥孔数控加工方法的研究

2013-09-13邱义臻唐友亮

机电产品开发与创新 2013年4期

邱义臻，唐友亮

（江苏省宿迁学院机电工程系，江苏宿迁 223800）

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紫铜防爆锤在易燃易爆环境中能有效防止因相互摩擦、撞击迸发火星而引起的爆炸事故，确保企事业单位人身、财产安全。广泛应用于石油、化工、军工、电子、采气、铁路等行业。

紫铜防爆锤由两部分组成，锤头和锤柄，锤头采用紫铜合金，锤柄采用木柄、纤维柄或塑料柄。为了防止锤头与锤柄出现脱离现象，减少锤头因开孔而降低锤头与锤柄连接处强度，锤头与锤柄采用具有自锁性能的椭圆锥孔连接。经过对紫铜防爆锤零件的材质与异形椭圆锥孔结构进行分析，如何有效地加工紫铜防爆锤椭圆锥孔，保证锤头与锤柄连接牢固可靠，是紫铜防爆锤生产过程的工艺技术难点。

1 紫铜防爆锤的椭圆锥孔及加工工艺分析

图1所示为紫铜防爆锤头的零件简图，对于多规格的紫铜防爆锤头，现以直径为Φ80 mm为例进行分析，紫铜防爆锤头呈圆柱体，长201mm，为了防止锤头与锤柄出现脱离现象，减少锤头因开孔而降低锤头与锤柄连接处强度，锤头与锤柄采用具有自锁性能的椭圆锥孔连接。紫铜防爆锤的椭圆锥孔的长轴沿圆柱体长度方向，椭圆锥孔面的的函数方程为椭圆锥孔长轴大小端长度差48.2-39.1=9.1mm，椭圆锥孔短轴大小端长度差32.5-29.1=3.4mm。

1.1 紫铜材料的加工性能分析

图1 紫铜防爆锤头零件简图

紫铜是含铜量在99.50%以上的工业纯铜，表面氧化后生成氧化铜薄膜，呈紫红色，故一般称工业纯铜为紫铜（有时也依其颜色称之为红铜）。由于紫铜材料组织致密，韧性高，易加工成复杂形状[1]，因而应用较为广泛。紫铜是一种塑性很大（δ≥40%～50%）的纯金属材料，难于加工[2]，特别是在孔类零件（特别是加工厚度超过50mm）加工时，由于其塑性变形大，刀屑接触的长度较长，断屑性能差，粘刀严重，出现切屑堵塞、排屑不畅，不仅会降低工件表面的光洁程度，还会折断刀头，损害刀具。

1.2 紫铜防爆锤的椭圆锥孔及加工工艺分析

具有椭圆锥孔的紫铜防爆锤是一类外形不规则的异形件，椭圆锥孔大都采用靠模法加工，但靠模装置较复杂，靠模本身也是一个椭圆的包络面，没有特殊设备，要制造一定精度的靠模是困难的。特别是在多品种小批生产时，采用靠模法加工既不经济，加工精度又不高。本文介绍一种简单的椭圆孔加工方法[3]。利用数控加工中心工序集中的特点，采取合理的工艺措施，一次或二次装夹可以完成多道工序或全部的加工内容，则其效率较高[4]。

根据紫铜防爆锤加工表面的形状、技术要求和紫铜材料的加工工艺性，拟定加工椭圆锥孔的加工方法和加工方案为：下料→车两端面、倒角→铣平面→钻两个孔→铣削余量，利用立铣刀分层铣削椭圆最后形成椭圆锥孔。

利用立铣刀分层铣削椭圆最后形成椭圆锥孔，分层铣削椭圆的层数应根据铣削深度、表面加工质量设置。由于紫铜防爆锤椭圆锥孔的表面加工精度要求不高，分层铣削椭圆的层数为四层，如图2所示。为了编程清楚、方便，特绘制椭圆锥孔程序框图如图3所示。根据以上分析，编制分层铣削椭圆最后形成椭圆锥孔加工具体程序（略）。