大切深外圆车刀刀片紧固螺钉断裂失效分析.pdf

机械设计与制造
第10期
188
Machinery Design Manufacture
2015年10月
大切深外圆车刀刀片紧固螺钉断裂失效分析
张吉军,刘献礼2,何耿煌2,来永吴
(1.黑龙江八一农垦大学工程学院,黑龙江大庆163319;2.哈尔滨理工大学机械学院,黑龙江哈尔滨150080
摘要:在石油化エ及核电装备的制造中,大型厚壁简类零件切削加エ量很大,车削加工过程中刀具上的紧固螺钉断裂
失效严重,导致生产中停机频繁,极大降低了刀具的使用寿命和生产效率。针对此种大切深车刀进行了三维结构建模,结
合生产实际并以有限元仿真为研究手段,分析螺钉失效的根本原因,为提出有效提高螺钉寿命的措施提供理论支持。分
析结果表明:在大切削深度加エ条件下,刀片紧固螺钉失效的主要原因为“切劇力与切削热耦合作用下的剪切波劳失
效。”切削热一力耦合作用加速了紧固刀片螺钉的疲劳失效,使用寿命降低较快。
关键词:大切深车刀;紧固螺钉;疲劳失效;热一力耦合作用;剪切变形
中图分类号:TH16;TVG-712;THI131.3文献标识码:A文章编号:1001-3997(2015)10-0188-04
Fracture Failure Analysis of Fastening Screws on Turning Blade of Cuting
Cylindrical Turning Tools with the Larger Cutting Depth
ZHANG Ji-jun!, LIU Xian-li, HE Geng huang, LAI Yong hao
(1. College of Engineering, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Heilong ang Daqing 163319, China
Mechanical Engineering Institute, Harbin University of Science and Technology, Jilin Harbin 150080, China
Abstract: During the manufacture of petrochemical equipment and nuclear power equipment, the cutting wn of the lurg
thick-walled cylinder arts is massive. An the tuing r es, fracture fil re of the tool fastening screus is serious, resting
in freguency shutdown in production, grealy reducing the service life of the tool and production eficiency. Building hree
dimensional structural model for the turning tools with the larger cutting de th, combined with the actual production, nd
finite element simulation as a research means, it analyzes the basic reason of the screw failure, to proide theoretical
supporting in putting forward effective measurements to improve the life of the scres. Te analysis results sho that, on the
condition of large cuting depth processing, the main reason for the failure of fastening scres on the blade is shear fatigue
failure under the effect of coupling the cutting heat with the cutting orce. Thermal-mechanical coupled effect celeries
fatigue failure offasteningscrews on the blade, and rapid reduction in the life of the screw
Key Words: Turning Tools with Large Cutting Depth; F astenin Screw; atue Failure; Thermal-mechanical Coupled
Effect: Shear Deformation
1引言
双螺钉夹紧结构,硬质合金刀片边长达到38m,刀杆长度达剴
在现代制造业中,刀具是机床的牙齿,其作用重大,而硬质370m,切削深度最大可以达到25mm,因此车削过程中产生的
合金可转位车刀是目前应用非常广泛的一种刀具。其常用的夹紧切削力相当高,同时产生大量的切削热,生产现场刀片繁固螺钉
方式有螺钉式、偏心销式、杠杆式等多种,其中螺钉夹固是一种简断裂失效严重,需要经常停机更换刀具螺钉,大大影响了刀具的
单可靠、应用广泛的夹紧方式。大型筒节类零件是石油化工核电及寿命和生产效率,因此有必要探究此种作状态下螺钉失效的根
煤化工等领域广泛使用的核心零件之一,这类筒节件直径大,壁厚,重本原因,为提高螺钉寿命、保证刀具加工效率提供理论支撑。
达数十吨甚至数百吨,毛坏多采用戦造成形,毛还件表面回凸不平,2螺钉模型参数及失效初步分析
表层组织的机械性能差舁较大,经过多次荒加工后表面オ算比较
紧固刀片螺钉的三维结构图,如图1所示。其材料主要参数及
平整,因此材料去除量大,粗加工余量很大,一次走刀中车削深度螺纹参数,如表1所示。如图2所示,紧固刀片的螺与紧問刀垫的
达到(20-30)mm,必须采用大切深外圆车刀进行加工,刀具采用螺钉的装配关系。两个螺钉与刀片间的装配关系,如图3所示
来稿日期:2015-04-07
基金项目:黑龙江省教育厅科技研究项目(12511359);黑龙江八一农星大学2015年大学生创新训练计划项日(xc2015014)
作者简介:张青军,(1977~),男,河北青龙人,硕土研究生,副教授,主要研究方向:金属切削加工及刀具技术