专利名称：钛合金无缝管内壁加工的新型切削组合刀具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及冶金行业无缝钢管的加工设备，尤其是指无缝钢管内壁加工的磨削装置(工具)。
背景技术：
无缝钢管是常见的冶金金属制品，其生产流程是管坯生产(炼钢、轧钢)、钢管坯料(金属圆钢)、管坯准备(长度切割、表面剥皮、钻定心孔)，将圆形钢材机加工成为合格的管坯；荒管生产(国内主要是热加工穿孔工艺管坯加热固熔，热轧穿孔机对高温管坯穿孔开坯，将金属管坯加工成为热轧荒管，荒管酸洗精整)；成品无缝钢管生产(根据成品管技术要求，采用冷轧或冷拔的冷加工工艺，按规定的工序要求进行冷加工变形，将荒管生产成为符合规定要求的成品无缝钢管)；另外，钢管每次冷加工后必须进行酸洗、精整、固熔等。
无缝钢管生产过程中，钢管会出现内表面、外表面的缺陷(如雀皮、凹坑、裂纹、麻点等)，必须对存在缺陷的钢管进行内表面、外表面的修磨，使其达到相关技术要求。目前，无缝钢管内壁加工(内表面缺陷处理)的磨削装置(工具)是钢管内磨机(钢管内磨机由磨削构件、夹紧构件及传动机构、动力设备等组成；其特点是动力设备输出动力，使传动机构带动夹紧构件旋转；磨削构件由磨杆、磨头、砂轮片刀具组成，磨头固定在棒形磨杆的端部，砂轮片刀具安置在磨头的侧翼。)，钢管内表面修磨时，固定在夹紧构件上的无缝钢管做旋转运动，伸入钢管内壁的磨削构件作水平式往复运动，磨削构件端部的砂轮片对钢管内表面进行修磨处理，消除管内壁的雀皮等缺陷。
钛合金无缝管是在普通合金无缝管基础上研制生产的特种合金管。生产实践中，采用钢管内磨机处理钛合金无缝管内表面缺陷时，产品合格率仅10～20％(由于钛合金、砂轮固有的特殊物理性质钛合金在常温下较为柔软；而砂轮硬度较高，易颗粒剥蚀。因此，一方面，随着合金管内壁缺陷的修磨处理，合金管内壁温度逐渐升高，钛合金金属逐渐软化，软化的钛合金金属会粘在砂轮表面，造成钛合金无缝管报废；另一方面，硬度较高的砂轮，易发生颗粒剥蚀(脱落)现象，剥蚀的砂轮颗粒会嵌入钛合金管内壁中，破坏钛合金管材料的组织结构，影响产品质量。)，造成生产成本居高不下，严重制约了钛合金无缝管的规模化生产。
发明内容
本实用新型设计一种钛合金无缝管内壁加工的新型切削组合刀具，它是钢管内磨机磨削构件的结构改进，将磨削构件磨杆端部的磨头、砂轮片刀具改为金属组合刀具；钢管内表面修磨时，磨削构件端部的金属组合刀具对钢管内表面进行切削修磨处理，消除管内壁的雀皮等缺陷。避免了钛合金无缝管内壁加工过程中，钛合金金属软化及砂轮颗粒剥蚀造成的产品质量问题，为生产高品质的钛合金无缝管创造了条件。
本实用新型提供的钛合金无缝管内壁加工的新型切削组合刀具，其特征在于组合刀具主要由固定刀架9、浮动刀架6、成型刀片3及固定块1、紧固螺钉2、调节螺钉4、定位套8、导向套5组成；固定刀架9整体呈圆柱体，圆柱体直径略小于被加工钛合金无缝管11内径，固定刀架9中部有1个内凹的环形孔槽，使固定刀架9分为头部、尾部两个部分，环形孔槽的宽度、直径与环形状定位套8尺寸匹配，固定刀架9尾部与实心金属棒10(磨杆或镗杆。内磨机内，实心金属棒10作水平式往复运动，称之为磨杆。管内壁加工时，实心金属棒10作旋转运动，称之为镗杆)的端部固定连接，头部与浮动刀架6的尾部活动连接(固定刀架9、浮动刀架6之间，可以360度弯曲)；浮动刀架6整体呈圆柱体，直径与固定刀架9的圆柱体直径相当，浮动刀架6中部有1个内凹的环形孔槽，使浮动刀架6分为头部、尾部两个部分，环形孔槽的宽度、直径与环形状导向套5尺寸匹配，浮动刀架6尾部与固定刀架9的头部活动连接，浮动刀架6的端部均匀分布N个安置成型刀片3的条形槽孔，中心有1个与调节螺钉4尺寸匹配的内螺纹小孔(一方面，起固定块1、浮动刀架6的连接固定作用；另一方面，起成型刀片3的调节作用)；与浮动刀架6端部尺寸匹配的固定块1呈圆饼形，固定块1有1个中心螺纹孔(尺寸与浮动刀架6端部中心螺纹小孔匹配)，沿圆心(0.3～0.6)R(R是圆饼形固定块1半径)处有N个紧固孔(便于紧固螺钉2穿过，固定浮动刀架6端部条形槽孔内的成型刀片3)，N个紧固孔沿同心圆均匀分布，紧固孔直径略小于浮动刀架6端部条形槽孔的宽度；尺寸相同的N个成型刀片3安置在浮动刀架6端部的条形槽孔内，线型刀刃在同一个平面；调节螺钉4与固定块1中心螺纹孔、浮动刀架6端部的中心螺纹孔尺寸匹配，将固定块1、浮动刀架6联成一体；紧固螺钉2与固定块1紧固孔、浮动刀架6端部的条形槽孔匹配，N个紧固螺钉2将N个成型刀片3固定在浮动刀架6端部的条形槽孔内；非金属材料制作的定位套8呈环形状，紧密固定在固定刀架9中部的内凹环形孔槽处，定位套8宽度、内径与固定刀架9中部的环形孔槽尺寸匹配，外径与被加工钛合金无缝管内径尺寸匹配；非金属材料制作的导向套5呈环形状，紧密固定在浮动刀架6中部的内凹环形孔槽处，导向套5宽度、内径与浮动刀架6中部的环形孔槽尺寸匹配，外径与定位套8外径相等；上述结合构成本实用新型。
浮动刀架6尾部与固定刀架9头部的活动连接方式，可以是万向节7连接连接销将万向节7固定在固定刀架9、浮动刀架6之间，使浮动刀架6能够360度弯曲(被加工钛合金无缝管总会存在一定的弯曲度，能够360度弯曲的浮动刀架6确保成型刀片3的线型刀刃、无缝管内壁始终处于同心圆，提高加工质量)。
固定刀架9、浮动刀架6的头部、尾部，可以采用内螺纹连接，连接部位在中部的环形孔槽处(便于定位套8、导向套5的调换、安装)。
与固定块1中心螺纹孔、浮动刀架6端部中心螺纹孔尺寸匹配的调节螺钉4，可以是子母式的两节，下层的母螺钉，长度小于浮动刀架6端部中心螺纹孔长度(便于母螺钉全部嵌入浮动刀架6端部)，母螺钉下部是圆柱体螺纹(与浮动刀架6端部中心螺纹孔尺寸匹配)，上部是倒圆台(便于调节成型刀片3刀刃的切削修磨圆的工作半径)，顶部是1个内螺纹中心孔(与子螺钉螺纹连接)；上层的子螺钉，下部呈圆柱体螺纹，尺寸与母螺钉顶部的内螺纹中心孔尺寸匹配。
浮动刀架6端部的条形槽孔N＝3～5(数量太少，成型刀片3的线型刀刃不能构成一个平面，工作稳定性差；数量太多，浮动刀架6端部的安装位置难以安排)。
非金属材料制作的导向套5、定位套8，材料可以选用尼龙。
固定刀架9尾部与实心金属棒10端部的固定连接方式，可以是螺纹连接固定刀架9尾部呈螺纹状；连接固定刀架9尾部的实心金属棒10，端部呈内螺纹，两者尺寸匹配。
使用一联成一体的组合刀具(由固定刀架9、浮动刀架6、成型刀片3及固定块1、紧固螺钉2、子母式调节螺钉4、定位套8、导向套5、万向节7、连接销组成)，固定在实心金属棒10(镗杆)端部的内螺纹处，形成磨削构件，磨削构件安置在机床的四脚卡盘(工件夹)上，作匀速旋转运动；管状夹具(管状夹具由定位夹紧管12、衬套13组成；定位夹紧管12是1根钢管，钢管外侧固定1个与机床刀架相固定的条状连接块，钢管内径大于被加工管坯11外径)安装在机床刀架上，调整定位夹紧管12外侧的条状连接块，使定位夹紧管12、镗杆处于同一中心线(从横截面来看，定位夹紧管12、实心金属棒10(镗杆)处于同心圆位置)，被加工管坯11安置在定位夹紧管12内，2付衬套13分别套入定位夹紧管12两端，夹紧管坯11(从横截面来看，管坯、定位夹紧管12处于同心圆位置)，联成一体的机床刀架、管状夹具、被加工管坯11作水平式往复运动；钢管内表面修磨时，被加工管坯11套住磨削构件，磨削构件端部的组合刀具对钢管11内表面进行切削修磨处理，消除管内壁的雀皮等缺陷。
使用二联成一体的组合刀具(由固定刀架9、浮动刀架6、成型刀片3及固定块1、紧固螺钉2、子母式调节螺钉4、定位套8、导向套5、万向节7、连接销组成)，固定在端部有内螺纹的实心金属棒10(磨杆)上，形成钢管内磨机的磨削构件，磨削构件作水平式往复运动；被加工管坯固定在内磨机的夹紧构件上，作旋转运动；钢管内表面修磨时，磨削构件伸入钢管11内壁，磨削构件端部的组合刀具对钢管内表面进行切削修磨处理，消除管内壁的雀皮等缺陷。
与现有技术比较，本实用新型具有以下优点1.设计合理，结构紧凑简单，实用性强；2.制作方便，材料便宜，降低生产成本；3.安装简便，更换快捷，使用牢固；4.操作简单，维护方便，安全高效；5.通用性强，可在普通机床上就可使用；6.加工便捷，具有自定心功能，提高产量；7.耐磨性增强，导向套使用寿命延长；8.加工精度高，内壁加工表面粗糙度达到Ra 0.8；9.被加工管坯成材率高。
图1是本实用新型结构示意图；图2是浮动刀架、成型刀片、导向套的结构示意图；图3是图2的俯视图；图4是固定刀架、定位套的结构示意图；图5是本实用新型工作状态示意图。
具体实施方案上海某钢铁公司钢管厂，实施本实用新型专利用于钛合金无缝管的内壁加工，其特征在于组合刀具由固定刀架9、浮动刀架6、成型刀片3及固定块1、紧固螺钉2、调节螺钉4、定位套8、导向套5、万向节7、连接销组成；固定刀架9整体呈圆柱体，圆柱体直径略小于被加工钛合金无缝管内径，固定刀架9尾部与实心金属棒10(磨杆或镗杆)的端部固定连接，头部与浮动刀架6的尾部活动连接(活动连接方式是万向节7连接连接销将万向节7固定在固定刀架9、浮动刀架6之间，使浮动刀架6能够360度弯曲)；浮动刀架6整体呈圆柱体，直径与固定刀架9的圆柱体直径相当，浮动刀架6尾部与固定刀架9的头部活动连接，浮动刀架6的端部均匀分布N＝3个安置成型刀片3的条形槽孔，中心有1个与调节螺钉4尺寸匹配的内螺纹小孔；与浮动刀架6端部尺寸匹配的固定块1呈圆饼形，固定块1中心有1个螺纹孔(尺寸与浮动刀架6端部中心螺纹小孔匹配)，沿圆心0.5R处有3个紧固孔，3个紧固孔沿同心圆均匀分布，紧固孔直径略小于浮动刀架6端部条形槽孔的宽度；尺寸相同的3个成型刀片3安置在浮动刀架6端部的条形槽孔内，线型刀刃在同一个平面；调节螺钉4(调节螺钉4是子母式的两节，下层的母螺钉，长度小于浮动刀架6端部中心螺纹孔长度，母螺钉下部是圆柱体螺纹，上部是调节成型刀片3刀刃工作半径的倒圆台，顶部是1个与子螺钉螺纹连接的内螺纹中心孔；上层的子螺钉，下部呈圆柱体螺纹，尺寸与母螺钉顶部的内螺纹中心孔尺寸匹配)与固定块1中心螺纹孔、浮动刀架6端部的中心螺纹孔尺寸匹配，将固定块1、浮动刀架6联成一体；紧固螺钉2与固定块1紧固孔、浮动刀架6端部的条形槽孔匹配，3个紧固螺钉2将3个成型刀片3固定在浮动刀架6端部的条形槽孔内；非金属材料(尼龙)制作的定位套8呈环形状，紧密固定在固定刀架9中部的内凹环形孔槽处，定位套8宽度、内径与固定刀架9中部的环形孔槽尺寸匹配，外径与被加工钛合金无缝管11内径尺寸匹配；非金属材料(尼龙)制作的导向套5呈环形状，紧密固定在浮动刀架6中部的内凹环形孔槽处，导向套5宽度、内径与浮动刀架6中部的环形孔槽尺寸匹配，外径与定位套8外径相等。
工作时，本新型实用安置在普通机床上使用，对钛合金无缝管管坯11进行内壁缺陷加工。以φ40×3mm钛合金无缝管管坯11为例联成一体的组合刀具(由固定刀架9、浮动刀架6、成型刀片3及固定块1、紧固螺钉2、调节螺钉4、下定位套8、上导向套5、万向节7、连接销组成；固定刀架9、浮动刀架6的圆柱体直径φ30mm，3个成型刀片3的线型刀刃围成的切削圆直径φ34mm，定位套8、导向套5的内、外径分别是φ30mm、φ34mm)，固定在实心金属棒10(镗杆)端部的内螺纹(φ30mm)处，形成磨削构件，磨削构件安置在机床的四脚卡盘(工件夹)上，作匀速旋转运动；安装在机床刀架上的管状夹具(管状夹具由定位夹紧管1212、衬套1313组成；定位夹紧管12是1根φ100×5×800mm的钢管，钢管外侧焊接固定1个与机床刀架相固定的条状连接块)，与实心金属棒10(镗杆)处于同心圆位置(调整定位夹紧管12外侧的条状连接块，使定位夹紧管12、镗杆实心金属棒10处于同一中心线)，被加工管坯11安置在定位夹紧管12内，2付衬套13(每付衬套13是分开的两半，合体是一个环形圆台，圆台最大外径、最小内径分别是φ100mm、φ30mm)分别套入定位夹紧管12两端夹紧管坯(使管坯11、定位夹紧管12处于同心圆位置)，联成一体的机床刀架、管状夹具、被加工管坯11作水平式往复运动；钢管内表面修磨时，先摇动拖板将磨削构件(组合刀具，连同镗杆)穿过管坯伸出管坯末端(被加工管坯套住磨削构件)，随后根据成品管的具体尺寸要求，通过组合刀具端面的调节螺钉4，将3个成型刀片3调节到规定尺寸；随后启动机床，镗杆转动带动刀具旋转切削管内壁部分钛金属，同时拖板走刀位移，带动管坯向机床外侧均匀移动，磨削构件端部的组合刀具对钢管内表面进行切削修磨处理，消除管内壁的雀皮等缺陷，最终完成内壁缺陷加工；完工后拆卸成品管，重新安装下一支管坯进行加工，刀具及导向套5磨损后应及时更换，以免加工误差。
本实用新型设计合理、加工方便、安装简便、使用高效、实用性强，有效的解决了钛合金无缝管内壁缺陷加工难的问题，无缝管加工精度高(内壁加工表面粗糙度达到Ra 0.8)，管坯成材率高，且生产率高，单班生产达到15支以上，满足钛合金无缝钢管的生产需要，经济效益显著。
权利要求1.钛合金无缝管内壁加工的新型切削组合刀具，其特征在于组合刀具主要由固定刀架(9)、浮动刀架(6)、成型刀片(3)及固定块(1)、紧固螺钉(2)、调节螺钉(4)、定位套(8)、导向套(5)组成；固定刀架(9)整体呈圆柱体，圆柱体直径略小于被加工钛合金无缝管(11)内径，固定刀架(9)中部有1个内凹的环形孔槽，使固定刀架(9)分为头部、尾部两个部分，环形孔槽的宽度、直径与环形状定位套(8)尺寸匹配，固定刀架(9)尾部与实心金属棒(10)的端部固定连接，头部与浮动刀架(6)的尾部活动连接，使固定刀架(9)、浮动刀架(6)之间可以360度弯曲；浮动刀架(6)整体呈圆柱体，直径与固定刀架(9)的圆柱体直径相当，浮动刀架(6)中部有1个内凹的环形孔槽，使浮动刀架(6)分为头部、尾部两个部分，环形孔槽的宽度、直径与环形状导向套(5)尺寸匹配，浮动刀架(6)尾部与固定刀架(9)的头部活动连接，浮动刀架(6)的端部均匀分布N个安置成型刀片(3)的条形槽孔，中心有1个与调节螺钉(4)尺寸匹配的内螺纹小孔；与浮动刀架(6)端部尺寸匹配的固定块(1)呈圆饼形，固定块(1)有1个与浮动刀架(6)端部中心螺纹小孔尺寸匹配的中心螺纹孔，沿圆心(0.3～0.6)R处有N个紧固孔，N个紧固孔沿同心圆均匀分布，紧固孔直径略小于浮动刀架(6)端部条形槽孔的宽度，R是圆饼形固定块(1)半径；尺寸相同的N个成型刀片(3)安置在浮动刀架(6)端部的条形槽孔内，线型刀刃在同一个平面；调节螺钉(4)与固定块(1)中心螺纹孔、浮动刀架(6)端部的中心螺纹孔尺寸匹配，将固定块(1)、浮动刀架(6)联成一体；紧固螺钉(2)与固定块(1)紧固孔、浮动刀架(6)端部的条形槽孔匹配，N个紧固螺钉(2)将N个成型刀片(3)固定在浮动刀架(6)端部的条形槽孔内；非金属材料制作的定位套(8)呈环形状，紧密固定在固定刀架(9)中部的内凹环形孔槽处，定位套(8)宽度、内径与固定刀架(9)中部的环形孔槽尺寸匹配，外径与被加工钛合金无缝管内径(11)尺寸匹配；非金属材料制作的导向套(5)呈环形状，紧密固定在浮动刀架(6)中部的内凹环形孔槽处，导向套(5)宽度、内径与浮动刀架(6)中部的环形孔槽尺寸匹配，外径与定位套(8)外径相等；上述结合构成本实用新型。
2.根据权利要求1所述的钛合金无缝管内壁加工的新型切削组合刀具，其特征在于浮动刀架(6)尾部与固定刀架(9)头部的活动连接方式，可以是万向节(7)连接连接销将万向节(7)固定在固定刀架(9)、浮动刀架(6)之间，使浮动刀架(6)能够360度弯曲。
3.根据权利要求1或2所述的钛合金无缝管内壁加工的新型切削组合刀具，其特征在于固定刀架(9)、浮动刀架(6)的头部、尾部，可以采用内螺纹连接，连接部位在中部的环形孔槽处。
4.根据权利要求1或2所述的钛合金无缝管内壁加工的新型切削组合刀具，其特征在于与固定块(1)中心螺纹孔、浮动刀架(6)端部中心螺纹孔尺寸匹配的调节螺钉(4)，可以是子母式的两节下层的母螺钉，长度小于浮动刀架(6)端部中心螺纹孔长度，母螺钉下部是与浮动刀架(6)端部中心螺纹孔尺寸匹配的圆柱体螺纹，上部是倒圆台，顶部是1个与子螺钉螺纹连接的内螺纹中心孔；上层的子螺钉，下部呈圆柱体螺纹，尺寸与母螺钉顶部的内螺纹中心孔尺寸匹配。
5.根据权利要求1或2所述的钛合金无缝管内壁加工的新型切削组合刀具，其特征在于浮动刀架(6)端部的条形槽孔N＝3～5。
6.根据权利要求1或2所述的钛合金无缝管内壁加工的新型切削组合刀具，其特征在于非金属材料制作的导向套(5)、定位套(8)，材料可以选用尼龙。
7.根据权利要求1或2所述的钛合金无缝管内壁加工的新型切削组合刀具，其特征在于固定刀架(9)尾部与实心金属棒(10)端部的固定连接方式，可以是螺纹连接固定刀架(9)尾部呈螺纹状；连接固定刀架(9)尾部的实心金属棒(10)，端部呈内螺纹，两者尺寸匹配。
专利摘要钛合金无缝管内壁加工的新型切削组合刀具，其特征在于主要由固定、浮动刀架组成；整体呈圆柱体的固定刀架、浮动刀架，前者头部与后者尾部活动连接，二者直径略小于被加工钢管内径，中部各有1个与环形状非金属定位套、导向套尺寸匹配的内凹环槽；浮动刀架的端部有1个中心孔，3个均匀分布的条形槽孔(安置成型刀片，使线型刀刃在同1个平面)；圆饼形固定块，有1个中心孔，0.5R处有3个紧固孔；固定块、浮动刀架的中心孔与调节螺钉尺寸匹配；紧固螺钉与固定块紧固孔、浮动刀架条形槽孔匹配。工作时组合刀具的固定刀架尾部与实心金属棒相连，形成磨削构件，切削修磨钢管内表面。本实用新型加工的钛合金无缝管内壁缺陷精度高，管坯成材率高。
文档编号B23B43/00GK2887508SQ20052004302
公开日2007年4月11日 申请日期2005年6月30日 优先权日2005年6月30日
发明者盛龙宝 申请人:宝山钢铁股份有限公司