一种超硬材料导向铰刀修复

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张乐振

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摘要：本文以MAPAL铰刀导向条修复试验为基础，讨论了超硬材料导向刀具的修磨理论与实践，在对国外进口高价值刀具的修磨工艺方面有指导意义。

　　超硬刀具主要是以金刚石和立方氮化硼为材料制作的刀具，其中以人造金刚石复合片（PCD）刀具及立方氮化硼复合片（PCBN）刀具占主导地位。超硬刀具具有工效高、使用寿命长和加工质量好等特点，被国际上公认为是当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。刀具种类繁多，包括车刀、铣刀、镗刀、钻头、丝锥、刨刀及铰刀等各类刀具；各类刀具选择厂家也不尽相同，有MAPAL、WALTER、SECO及OSG等，其中在枪铰工序所用的是MAPAL进口刀具，这种刀具设计先进，价格昂贵。刀具使用后如不再修复将导致非常大的浪费，制造成本的上升。

1.超硬刀具结构

　　本文以铰刀为例，介绍超硬刀具结构，如图1所示。

一种超硬材料导向铰刀修复

　　目前，超硬刀具的使用主要体现在加工缸盖气门导管所用的铰刀上，此铰刀主要由五部分组成。第一部分为柄部，是夹持部分，用刀柄夹持后装在机床上。第二部分为导向部分，导向部分镶嵌有超硬材料，用镶嵌的超硬材料作为导向，超硬材料主要有CBN复合片和PCD复合片，导向部分直径尺寸通常小于切削部分直径0.003~0.005mm。第三四五部分紧靠在一起，其中包括第三部分的压紧部分，第四部分的可调节部分和第五部分的刀片部分，第三部分压紧是用一个压紧螺钉将刀片压紧在刀片槽中，起到固定刀片的作用，第四部分为可调节部分，又包括可调节螺钉和内部安装的带斜面的调节销，通常可调节部分能够将刀片调节0.01~0.02mm，这样能够延长刀片的使用寿命。第五部分为刀片部分，这一部分参加对零件的加工，加工金属通常为CBN刀片，而非金属通常为PCD刀片，因为PCD与碳有亲和作用，不能应用于钢铁类含碳元素的金属加工中。

2.使用刀具现状

　　目前我厂所使用的3种铰刀主要有Φ11mm短铰刀、Φ9mm铰刀和Φ11mm长铰刀，主要用在丰田生产制造的加工中心和大连机床厂制造的专机上，如图2所示。加工产品主要有两气门缸盖和四气门缸盖，其规格及型号如表1所示。

一种超硬材料导向铰刀修复

一种超硬材料导向铰刀修复

　　目前3种铰刀均在用，Φ11mm短铰刀主要用于加工中心，加工两气门缸盖（见图3）；Φ9mm铰刀主要用于加工四气门缸盖（见图4）；Φ11mm长铰刀主要用于专机，加工两气门缸盖（见图5）。

一种超硬材料导向铰刀修复

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一种超硬材料导向铰刀修复

　　目前，枪铰缸体的导管阀座所用的是MAPAL的铰刀。通过多次修复试验得出，导向条修复主要有以下流程：将损坏的导向条及压紧螺钉从铰刀上清理下来→清理导向条槽→测量导向条的尺寸→切割PCD或PCBN复合片→磨削导向条达到需要的厚度→将导向条焊接到铰刀上→磨铰刀导向部分的外圆达到尺寸要求→装配刀具。

3.导向条修复工艺

　　导向条修复工艺流程按加工工艺标准进行（工艺过程卡片），加工过程中要着重注意做好保护措施。

　　（1）钳工工序。钳工工序主要是在接收修复铰刀后，拆下导向条及压紧螺钉，在此过程中要着重注意保护好压紧螺钉槽的螺纹，如图6所示，防止在下一步高频烧掉导向条过程中焊渣破坏螺纹。压紧螺钉和压紧块将刀片压紧，在高频焊接时将螺钉和压块卸下，用小纸屑塞住螺纹底孔，防止焊渣进入，焊接完毕后用丝锥攻一遍螺纹，保证压紧螺钉安装便利。

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　　（2）线切割工序。线切割工序主要是按照测量好的导向条尺寸，从PCD及CBN复合片上切割下合适尺寸的导向条。PCD及CBN复合片一般皆为圆盘，如图7所示。

一种超硬材料导向铰刀修复

　　修复铰刀导向条所使用的CBN复合片为φ58mm×2.0mm和φ58mm×3.2mm的圆盘，从上海蓝领厂家所购的进口材料，如表2所示。

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　　（3）刃磨工序。工模具车间在修复一号厂所用的德国MAPAL铰刀导向条时采用PCD刀片焊接工艺，刀片厚度要求为1mm，但采购的刀片厚度为3.5mm，这样就要求将外购的刀片在万能工具磨床上磨至1mm。原先磨削PCD刀片时要将刀片粘在研磨板上，用金刚石碗型砂轮侧面进行磨削。但因为加工时间长，磨削效率低，满足不了前方交货周期，刃磨工艺各步骤时间调查表如表3所示。

一种超硬材料导向铰刀修复

　　原来磨削时用胶将复合片粘接在磨削好的方铁上（见图8），这种方法存在以下劣势：①由于胶的作用力不够强，不能大的进给量，否则会使复合片飞出。②不能持续磨削，否则，随着温度变高，胶会失去粘性，导致复合片脱落。③测量时，用百分表测出方铁和复合片的厚度差，算出复合片的厚度，测量不方面、不直观。

一种超硬材料导向铰刀修复

　　改进后用精密钳子夹持复合片，用盘型砂轮进行磨削，能够实现大的进给量和持续磨削，用对表块进行对比测量，提高了测量效率和准确性，如图9所示。

一种超硬材料导向铰刀修复

　　（4）高频焊接工序。PCD等复合片的焊接要用到银焊片，银焊片规格非常多，下面是其中的一部分介绍：DHAg―35B 熔化温度：607°~702°，适用于换热器焊接。DHAg―30B 熔化温度：677°~766°，熔点稍高，接头有较好韧性，可钎焊铜、铜合金及钢等材料。DHAg―25B 熔化温度：700°~800°低廉的无镉钎料，较好的润湿性和填充能力，但熔点提起高，可钎焊铜、铜合金、钢等材料等等。通过咨询查证，选择了合适的银焊片和银焊剂，其参数如表4所示，另外复合片在焊接时温度不能超过700°。

一种超硬材料导向铰刀修复

　　（5）外磨工序。外磨工序磨削导向条时，由于导向条的硬度高，通常磨削硬质合金使用的金刚石砂轮无法磨削，必须使用陶瓷结合剂金刚石砂轮（见图10），为此专门定制采购了砂轮（见表5）。

一种超硬材料导向铰刀修复

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4.结语

　　各类CBN刀片的修复每年至少为企业节约费用30万元。刀杆的成功修复每年至少为企业节约50万元。此类刀具的修复，在节约成本的同时减少了企业对此类刀具、刀片的库存量，缩短了外购周期，为企业的生产提供了保证。

（本文刊登在《金属加工（冷加工）》2015年第7期，作者单位：潍柴动力股份有限公司）