新型可拆卸式端面刀头的优化设计

赵 斌，王宝宝

1.宝鸡职业技术学院机电信息学院，陕西 宝鸡 721100

2.宝鸡石油钢管有限责任公司，陕西 宝鸡 721100

随着油管产量的增加，油管各刀具的消耗也在增加，特别是油管端面刀头，损坏率非常高，为了进一步降低油管端面刀头费用，急需对倒角端面刀头进行改造[1]。管体车丝机刀头是螺纹加工的重要工装件，如果刀头损坏，而未被及时发现，就会造成试样被划伤，也会导致刀头无法使用，必须返厂维修，费用支出较大。在这种情况下，解决螺纹加工过程中刀头易损坏的问题被提出。为了解决这一问题，经技术人员与维修人员仔细研究，结合现场经验和图纸测绘，最终确定将管体车丝机刀头改造成一个可拆卸式的结构。改造后的管体车丝机刀头装置，彻底解决了螺纹加工过程中刀头易损坏的问题，即使出现问题，操作人员也可及时更换，无须返厂维修，极大地减少了因刀头无法使用造成的返厂维修所产生的费用，将企业降本增效、精益生产的目标落到实处。

1 现有刀头装置存在的问题

常规的用于螺纹加工的数控车床，所用的端面刀头与其内倒角处是一个不能拆卸的整体[2]。在加工过程中如果出现打刀的情况未被及时发现，轻者划伤管胚，在数控车床加工油管时，突然发生打刀，刀台装置将带动刀头继续沿原来路径运动；严重者将导致整个刀头报废，不仅会给加工的零件带来损伤，还给生产企业带来重大损失。

2 新型可拆卸端面刀头装置

由于普通的刀头和刀台是一体的，如果刀头打了就会造成很大的损失。因此考虑将刀块和端面刀制成可拆卸的[3]，刀块与端面刀头之间用螺柱连接。通过研究，重新设计了油管倒角端面刀头的结构，使刀座面变为可拆卸的安装面，这样一来，即使倒角端面刀的刀座面遭到磨损破坏，也不用更换整个刀头，直接对刀座面进行更换即可使刀头重新使用[4]。用CAD绘制改装后的端面刀台的图像主视图如图1所示，俯视图如图2所示，左视图如图3所示。

图1 端面刀台主视图

图2 端面刀台俯视图

图3 端面刀台左视图

3 建立新型端面刀头的数字化样机

数字化样机是对设计的产品建造三维模型，并且进行仿真分析，然后根据方针的结果，再对数字化样机进行建模仿真，如此循环的仿真修改，最终得到最优的设计[5]。这样的设计避免了反复制造的麻烦，从而缩短了研发产品的周期，降低了成本，提高了研发的效率。端面刀头三维模型如图4所示。

图4 端面刀头三维模型

分别用改装前和改装后的刀具加工J55、N80和P110个钢级的试样，得出刀具的使用寿命和加工精度[6]如表1所示。

由表1可知，对比改装前的刀头，新型的端面刀头加工试样的成材率、光洁度、刀具寿命（可加工件数）和螺纹加工的效率都有不同程度的提高。

表1 J55、N80和P110试样加工结果数据表

4 结束语

经过改装后的刀头，在实际的切削中，经统计从年消耗72件降低到7件。油管倒角端面刀头费用为7948元/件，倒角端面刀座费用为1000元/件，每月平均使用6件，可为分厂年节省50.0256万元，且改造后的油管端面刀头加工参数符合API[7]5B及5CT标准要求。改装后的刀头加工试样的成材率、光洁度、刀具寿命和螺纹加工的效率都有不同程度的提高。