谈技工学校车工实习教学刀具的改进

2022-09-10

在技工学校车工实训教学中, 学生使用的刀具是在老师的指导下, 由学生自己动手刃磨成形后使用的, 当学生实训一批批地结束更换, 留下的车刀也顺留给新生使用。由于技术掌握的原因, 新生难以规范地修磨好原来使用的刀具, 而且容易修磨成废刀, 失去了原有的作用;另外一些较短难以装夹的刀具被弃置在一边。对刀具的使用存在的问题有, 学生刃磨刀具时间长、老师的劳动强度较大、教学质量难以提高、教学使用的刀具未能以现代先进机械制造技术接轨、刀具消耗量大、砂轮消耗和用电量也较大等等。为解决车工实训教学中存在的这些问题, 我运用多年的车工工作经验, 结合实训教学中刀具使用的实际情况, 创新了一种适宜车工实习教学专用的刀具——实用型高速钢刀具, 并获得了国家知识产权专利申请受理通知书 (申请号:2 0 0 6 2 0 0 6 2 6 2 5.1) 。

1 多种刀具材料的性能、价格比

“工欲善其事, 必先利其器”, 这句话说明了刀具的作用。高速钢车刀的耐热性、硬度和耐磨性都低于硬质合金, 但其强度和韧性高于硬质合金, 工艺性较好, 刀具较容易刃磨锋利, 使用时不容易崩刀、较耐用、价格较低;而硬质合金车刀的几何角度不容易刃磨, 工艺性不如高速钢, 价格较贵, 学生实训使用时容易崩刀。此外, 可转位机夹式刀具在现代机械制造技术被广泛使用, 但学生使用起来容易崩刀, 使教与学不协调, 教学成本也受到影响。

综合以上各种刀具材料的性能、用途及各种因素, 高速钢车刀的强度、韧性和工艺性都较好, 价格较低廉, 适宜技工学校车工实训教学入门使用, 但还存在不少的问题, 为此, 我自制工装夹具, 试验制作车工实训专用车刀——实用型高速钢车刀。

2 改制高速钢车刀为实用型高速钢刀具 (如下图1)

(1) 把普通车床卡盘卸下, 在车床主轴上安装连动轴、与人造金刚石碗形砂轮夹具连接, 做好准备刃磨刀具的要求。

(2) 把车床中拖板上的小拖板卸下, 夹具安装在中拖板上;高速钢刀条, 安装在可调整高低的夹具上, 调整有关技术要素。

(3) 启动车床, 主轴带动连动轴上的人造金刚石碗形砂轮旋转;大、中拖板移动调整到所需要的位置里, 中拖板横向自动进给, 刃磨高速钢车刀的断屑槽, 经刃磨, 返复调整高度又返复刃磨几次, 刃磨好断屑槽 (R2) 成型。注意, 不要让车刀发黑退火, 确保车刀原有的硬度。

(4) 此外, 可以车床代替磨床、或者做工装夹具在磨床刃磨主后角、副偏角等。这样, 车刀切削部分的六个独立的基本角度前角 () 、主后角 () 、副后角 () 、主偏角 () 、副偏角 () 和刃倾角 () 等成型。

(5) 实用型高速钢车刀经上述方法操作制作成形;可以刃磨加工不同规格的高速钢车刀条。如:10×10×200mm;12×12×200mm等规格;

(6) 把高速钢车刀条在同一方向两边磨双槽形车刀。

切削试验 (1) , 实用型高速钢刀具的切削分析:加工Q235 (A3) 钢材, 直径45, 车床主轴转速210～360转/分, 切削深度3mm, 进给量0.15～0.2mm/转切削, 结果排屑顺利。

分析:传统高速钢车刀的几何角度, 由原来的手工刃磨改进为机械刃磨, 车刀成形后能标准、规范。在优化切削参数的组合下, 切削良好;当车刀磨损后, 只作简单的修磨便可以投入使用。除车刀加工外圆及端面, 还可用于调头右偏刀、左偏刀切削使用。

实用型高速钢车刀的特点:该车刀使用磨损后, 可以多次修磨, 反复使用极为方便;当车刀使用长度较短时, 对难以装夹使用的部位, 可以把短的车刀的部位, 安装在刀把上继续使用, 使车刀的利用率约在80～90%以上, 可降低刀具成本。

3 实用型高速钢车刀再改进为可转位机夹刀具

实用型高速钢刀具, 由于零件精加工受到屑槽的限制, 使用起来效果不理想, 为了进一步改进刀具, 我在实用型车刀的基础上, 用双槽形车刀, 在线切割机床试验制作可转位机夹刀片尺寸;用电火花机床, 在刀片中心处打5.2孔, 在刀片底部加工120°的凸形V型槽, 刀杆上同样加工120°的凹形V型槽, 使刀片与刀杆配合, 用螺纹连接安装夹紧, 成为再改进可转位机夹刀具。

切削试验 (2) :分别用90°粗加工外圆车刀, 加工Q 2 3 5 (A 3) 钢材, 直径4 5 m m, 车床主轴转速210～360转/分, 切削速度为4 0米/分, 切削深度2～3 m m, 进给量0.15～0.20mm/转进行切削。用45°车刀加工端面及倒角, 切削顺利及方便。用精加工外圆:车床主轴转速约50～105转/分, 切削深度0.10～0.20mm, 进给量0.2mm/转切削。

可转位机夹刀具切削效果分析:粗加工外圆以中速切削, 能够较精确地控制切削过程, 最终获得较好的零件质量和可靠性。并且在优化切削参数的组合下, 切屑能够以形状和尺寸与工件剥离。可转位精车刀, 加工外圆以低转速切削, 切屑排出向待加工面, 基本达到要求。可让学生掌握加工方法, 控制好尺寸精度和粗糙度均得到较好控制, 提高技术水平。

可转位 (刀片) 车刀的特点:装夹快速、优化结构、定位合理、刀杆的刚性可靠、切削平稳、可磨可换, 学生使用起来简单方便, 还可以调头转位切削, 一片刀片有两把车刀使用。

4 传统车刀与改进型刀具的对比使用

4.1 使用传统的高速钢车刀切削与实用型高速钢刀具切削的对比, 如下表1

从上表得出使用刀具的切削结果, 实用型高速钢刀具的切削要好于传统的高速钢刀具的切削效果, 所以说是实用的。

4.2 使用传统高速钢车刀与再改进可转位高速钢刀具的用量对比, 如下表2

传统的高速钢刀具, 如班一个级在普通车床实习十周实习时间, 每人使用刀具消耗的种类有:外圆刀、切断切槽刀、三角形螺纹刀、圆球刀、精车刀、梯形螺纹刀等刀具, 多种刀具的消耗, 它主要是几何角度刃磨的不合理而磨掉, 受力过大而断掉, 车刀不能装夹使用, 难以修磨使用等而消耗。按每班50人, 每把车20元计算, 每人使用5把刀具的费用为合共为5000元。

从上表可得出使用刀具的情况:把长度2 0 0 m m的传统高速钢车刀制成一片一片 (200÷14=14片) 的刀片, 每片可调头转换使用为2把车刀, 即车刀2×14=28把, 学生实训时每人分配2片 (把) 车刀使用, 按这样推算, 可节约大量的刀具材料和其它相关的成本, 如砂轮消耗量、用电量等。使用可转位高速钢车刀磨损后还可反复修磨使用;当90°和45°刀片使用修磨到一定时, 还可改制成为精车刀继续投入使用, 并且还可反复修磨使用, 令车刀的消耗量减至最少。

5 实训改进型刀具的效果

综上所述, 改进型高速钢刀具, 是专门对技工学校车工实习教学专用的刀具, 经初步实验, 有以下的整合效果:

刀具的改进。对车工实习教学, 特别是入门实习, 刀具的几何角度标准化、规范化和系列化, 老师容易布置实习作业, 可按规定安排切削速度、进给量、背吃刀量, 解决实习教学统一标准的问题。降低老师的劳动强度, 使老师有更多的时间用于学生实习的“巡回指导”, 预防实习中出现的各种不良现象和安全隐患。使学生花费在刃磨车刀的时间减少, 从而有更多的时间用于车工实训操作, 有利于教学质量的提高。

刀具的整合。规范车工实习专用刀具的系统管理, 能建立加工模块刀具库, 使实训教学专用刀具标准化、规范化和系列化;如加工端面、外圆模块刀具;内孔、内槽模块刀具;切槽、切断模块刀具;内、外螺纹模块刀具;内、外圆弧模块刀具;粗车刀具系列, 精车刀系列等等, 传统的高速钢刀具是难以实现的。

车工实习教学, 实行分阶段选择刀具。第一阶段为入门练习阶段, 选择使用高速钢实习专用的刀具, 不适宜使用硬质合金车刀材料。因为学生操作不熟练, 如果使用容易产生崩刀, 对实训不利。第二阶段为熟练提高阶段, 学生的技术得到提高后, 可过度到使用各种多样的硬质合金车刀、可转位硬质合金机夹车刀;使学生接触到各种不同的车刀, 掌握各种车刀材料的性能, 有利于对新材料、新技术、新工艺的理解, 有利于实训教学质量的提高, 与现代机械制造技术接轨。

实用型专用刀具存在的不足。车工实训中使用可转位机夹高速钢刀具, 只局限有外圆刀、平面刀、精车刀;还有待开发制造内孔刀具, 切槽、切断刀具, 内、外螺纹刀具等。令学生在实训中刃磨刀具的机会减少, 磨刀的技术受到一定的影响, 但这个可以通过刃磨模拟车刀练习来补偿。做法是:用12×12×150的方钢材, 模拟刃磨练习各种的刀具来弥补不足, 磨出来的刀具, 老师要认真检查, 合理评分, 使学生真正掌握磨刀技术的基础。再说当今世界现代机械制造技术, 普遍使用可转位机夹刀具, 对于技术工人磨刀的技术要求也不高, 由此受到的影响也是微不足道的。

实践证明, 技工学校车工实训使用高速钢专用的刀具, 方便耐用, 符合切削质量和经济指标, 又能以现代机械制造技术接轨, 易于开发利用, 降低教学成本, 提高教学质量。

6 实训刀具改进的展望

实用型高速钢刀具的生产可以通过公司企业, 用机械化、规模化生产, 解决一部分人的失业和就业问题。生产的新刀成形出厂后, 不用刃磨便可以直接投入使用, 极为方便。

开发粉末高速钢刀具新市场, 用标准化、规范化、系列化生产, 职业院校学生车工实训使用实用型高速钢刀具和可转位机夹高速钢 (刀片) 刀具, 具有较广阔的发展前景。

实用型高速钢刀具, 可发展刀具事业, 使之成为在机械制造技术中起到一点推动作用。

摘要：本文针对技工学校车工实训教学中使用刀具及存在问题, 结合自身的教学经验, 对实训刀具进行创新改进, 设计并制作——教学实习专用、实用型高速钢刀具。新改进的刀具具有标准化、系列化、规范化等特点, 对于降低能耗, 减少教学辅助时间, 提高车工实训的教学质量都具有重要作用, 同时可建立加工模块刀具库, 便于对刀具进行统一管理。

关键词：车工实训,刀具创新改进,整合发展