一种用于无缝钢管冷拔机钳口板燕尾槽的加工装置与方法
技术领域
本发明涉及无缝钢管加工设备，尤其是一种用于无缝钢管冷拔机钳口板燕尾槽的加工装置与方法。
背景技术
无缝钢管是常见的冶金金属制品。无缝钢管经过高温挤压或穿孔变形加工后，通常采用冷拔和冷轧两种方式，在常温下进行变形加工，制成符合相关技术要求的成品无缝钢管。无缝钢管的冷拔加工技术先于冷轧加工技术产生，因冷拔无缝钢管的同心度(同轴度、直线度)好、对表面斑点、麻坑等热态加工留存的缺陷消除能力强，且设备结构简单、紧凑、投资成本低等优点，目前已广泛引用于单体液压缸筒及工程机械油缸的制造，市场应用前景广阔。
无缝钢管冷拔机是冷拔钢管的主要加工设备，用于常温工况下拔制黑色及有色金属棒料材和对热轧、挤压之后的荒管进行二次加工，是生产小口径，精密，薄壁，高机械性能管材的主要加工设备。无缝钢管冷拔机主要有拔制机构、传动机构、床身支承机构、模座机构、授料和落料机构，以及电气控制系统、液压系统、气动系统等组成。其中拔制机构就是拔制小车及其辅助装置，主要包括小车车体、车轮、链条钩、弹簧、圆柱销、摇臂架、钳口板、镶片等部件组成。其工作原理就是由安装在钳口板燕尾槽内部的镶片，咬住坯料管顶端，摇臂架带动链条钩落入传动链的连续孔洞内，在传动链的带动下(或在液压系统的驱动下)，带动坯料管通过由内模和外模组成的同心异径圆环，实现对无缝钢管在常温工况下的拔制变形加工目的。通过配置不同的内模和外模，由其组合形成的同心异径圆环，可拔制加工不同规格的无缝钢管。
在无缝钢管冷拔制备加工过程中，对拔制机构而言主要承受载荷(受力点)就是前端钳口板与镶片对坯料管的咬紧部位，以及后端链条钩与传动链的咬合接触部位。其中链条钩所承受的力就是传动链拉动(带动)拔制小车克服坯料管金属变形阻力并作水平位移的力，也就是拔制力。而钳口板与镶片组合所承受的就是在链条钩拉紧后对坯料管前端的咬合力，咬合力一定要高于拔制力，才能保证在冷拔变形过程中对坯料管的锁固，一旦咬合力不足或瞬间缺失，此时就不能保证对坯料管的锁固，导致坯料管前端从镶片中逃逸，拔制加工失败。因此，从冷拔机拔制机构的结构特征、受力特点和工作原理等方面审视，在承受载荷的工况下，最易磨损、损伤的就是钳口板与镶片所结合的燕尾槽，生产实践中钳口板燕尾槽磨损是造成无缝钢管拔制故障的主要原因之一。
无缝钢管冷拔机的拔制机构钳口板，根据不同的拔制规格型号尺寸各异，但是都是由一件雄体(图1)和一件雌体(图2)组成，成对使用，且因钳口板直接承受在大于拔制力的高强度工况下频繁作业，因此结构强度要求高、重量大，通常采用中碳钢制备，呈曲尺状的扇形结构，燕尾槽就在曲尺形的短边，其功能就是安装镶片。由于镶片是与坯料管接触件，因此其材质是经过热处理淬火加工，而钳口板燕尾槽部位是未经热处理，因此两者之间的接触后产生磨损的就是燕尾槽部位，燕尾槽磨损后的钳口板通常采用堆焊方式进行修复。
钳口板燕尾槽的加工无论是新品制备还是堆焊后的修复，都是采用卧式(牛头)(牛头)刨床加工，原因就是加工便捷、成本低。若采用数字化加工技术，通过数控机床(或加工中心)制备切削加工燕尾槽技术上可行，且加工效率和精度可得到有效保证，但是成本高，仅适用于大批量的钳口板制备。而生产实践中，无缝钢管冷拔加工企业需要的是小坯料、多规格的钳口板燕尾槽修复或制备少量的钳口板，因此卧式(牛头)刨床加工就是目前无缝钢管冷拔加工企业广泛采用的加工设备。而在目前的钳口板燕尾槽制备(新品刨削加工和堆焊后刨削修复)工艺通常采用的是刨削准备→钳口板上机→校正工位→刨削加工→检验→下机备库方法。其主要特点就是由于钳口板的重量大，以65t冷拔机为例，其钳口板单件重量超过50kg，因此人力无法搬运只能依靠起重机械吊运上机，且在卧式(牛头)刨床上校正工位同样依靠起重机械的辅助，故在目前的钳口板燕尾槽刨削加工中存在着一定的不足，即：
1)钳口板不易装夹，存在安全隐患：由于钳口板形状的特殊性，钳口板卧式(牛头)刨床机加工时，采用机用平口钳装夹，由于燕尾槽刨削加工工艺的需要，装夹时，钳口板的重心与装夹(定位)点不重合，钳口板的扇形长边倾斜15度左右，在重力的作用下易造成移动，甚至倾覆，存在着一定的职业健康风险隐患，同样对刨削设备也存在着一定的事故隐患。
2)刨削加工时占用起重机械时间长，不利于同工区作业：由于钳口板存在倾覆的隐患，为了保障设备与作业人员的安全，通常采用起重机械悬吊方式进行辅助支承，就是在起重机械吊运钳口板上机(卧式刨床)之后，仍采用钢丝绳悬吊，一方面通过钢丝绳的上下微动调整，对燕尾槽的工位校正起到一定的辅助作用，另一方面在校正工位并平口钳装夹定位之后，起到一定的保护作用，一旦装夹点出现异常，由于钢丝绳的保护作用，钳口板也不会发生倾覆，如此在燕尾槽刨削加工过程中起重机械就长时间的占用，会影响到整个机械加工工区的生产。
3)钳口板装夹校正工位不易：尤其是堆焊后的修复件，由于燕尾槽上部开口部位由焊接遗留物，找平找正更为不易，作业人员只能依靠在平口钳预紧的工况下，敲击钳口板顶部，通角度变化实现找正作业，作业效率不高。
综上所述，现有的冷拔机钳口板燕尾槽刨削制备加工方式，虽然能够满足技术要求，但是存在着安全、效能等方面等不足，亟需通过对现有的加工工艺方法进行技术改进，在确保安全的基础上，提升作业效能，减少对起重机械的占用，满足及加工工区有序生产的目标。
发明内容
本发明的目的在于设计一种用于无缝钢管冷拔机钳口板燕尾槽的加工装置与方法，实现对钳口板燕尾槽刨削加工的精准、快速校正定位，同时同步优化完善燕尾槽刨削加工工艺，工序流畅、工艺紧凑，可满足钳口板燕尾槽加工的技术要求。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种用于无缝钢管冷拔机钳口板燕尾槽的加工装置，设置于卧式(牛头)刨床工作台上，其包括：支承架，设置于所述卧式刨床工作台一侧面，其包括：两支撑板，平行设置，该支撑板呈直角扇形，其一侧边为上部圆弧、下部为垂直面，另一侧边为与所述侧边成锐角的斜面，锐角角度为11～20度；支承横梁，设置于两支撑板上部之间，其两端连接于所述两支撑板直角处的内侧面；支承横梁中间设调节螺孔；调节螺钉，设置于所述支承横梁中间的调节螺孔；定位板，竖直连接于所述两支撑板扇形弧面的下部；该定位板通过螺栓固定于所述卧式刨床的工作台侧面。
优选的，所述调节螺钉由螺钉和圆杆组成；螺钉呈同心异径的三重台阶状圆柱体结构，台阶状圆柱体小径圆柱体端部加工成圆角，中径圆柱体外圆周表面加工三角螺纹，大径圆柱体外圆周表面居中加工一圆孔，此圆孔轴心线与螺钉轴心线垂直并交汇；圆杆，呈细长型圆柱体结构，插置于所述螺钉圆孔，且，圆杆两端粗墩。
本发明使用所述的加工装置加工无缝钢管冷拔机钳口板燕尾槽的方法，其包括如下步骤：
1)刨削准备
钳口板清理加工面；
2)钳口板上机安装定位
采用起重机械将钳口板垂直吊运至卧式刨床工作平台上方，逐步匀速下降，直至钳口板整体插入所述加工装置支承架的两个支撑板间，并将钳口板钳口即燕尾槽所在区域部位整体放入卧式刨床工作平台上的平口钳中预紧；
3)校正加工工位
通过旋拧调节螺钉，校正钳口板待刨削加工的燕尾槽与卧式刨床工作平台的角度位置，对燕尾槽加工面进行找正校正，其中调节螺钉顺时针方向旋转，钳口板斜面向内侧偏转，调节螺钉逆时针方向旋转，钳口板斜面向外侧偏转；调整螺钉与钳口板接触面的螺钉螺杆伸出长度为3.1～3.5mm时，32-钳口板接触面即背面与所述加工装置支承架的两个支撑板成145-155度钝角；当螺钉螺杆伸出长度为1.0-1.5mm时，钳口板接触面与所述加工装置支承架的两个支撑板成132-140度钝角；此两个角度的是刨削钳口板左右燕尾槽的最佳工位；当钳口板燕尾槽加工工位符合刨削要求时，旋拧调节螺钉上的六角螺母予以固定，同时对平口钳进行加力固定；
4)刨削加工
按照设定的切削速度v和进给量包括切削量f、背吃刀量a，对燕尾槽进行刨削加工，按照粗刨和精刨两种方式进行，其中粗刨的切削速度v＝55～65次/min，切削量f＝1.0～1.5mm，背吃刀量a＝0.5～1.0mm；同时在刨削燕尾部位时采用角度偏转刃磨的专用刀具，精刨的切削速度v＝45～55次/min，切削量f＝0.5～1.0mm，背吃刀量a＝0.3～0.5mm；
5)检验
采用量具和样板对精刨之后的钳口板燕尾槽进行测量检验，确认是否符合技术要求，合格的可做下机准备，不合格的尺寸不足可继续精刨切削，尺寸超差则需下机重新堆焊处置；
6)下机备库
采用起重机械将刨削加工并符合技术要求的钳口板吊运离机，松开平口钳，调节螺钉退出，将钳口板整体吊运离开卧式刨床工作平台，对加工部位修正毛刺，上包装之后送达机旁库备库。
本发明的有益效果：
1.设计合理、工序流畅、工艺紧凑，可满足无缝钢管冷拔机拔制小车钳口板燕尾槽加工的技术要求；
2.可调式支承定位装置，结构紧凑，易于加工制备，定位准确、支承稳定有效，无需起重机械长时间预紧保护，便于同工区生产组织；
3.减轻劳动强度、减少职业安全风险与设备隐患，改进投入少、成本低、易于现场实施应用，具有较好的性价比，促进设备本质安全建设；
4.通过调节螺钉的旋拧运动，钳口板刨削加工面找正校正作业便捷、快速，安全可靠、实用高效；
5.可调式支承定位装置与平口钳的有机组合，消除钳口板重心与装夹定位点偏离引发的倾覆隐患，提高燕尾槽的刨削效能与质量；
6.通用性强，对业内同类机械零部件的卧式(牛头)刨床加工方式改进，具有一定的借鉴、应用价值。
7.本发明方法适用于无缝钢管生产企业的单件或小批量加工制备或修复，可满足多种规格(如8t、10t、20t、45t、65t等型号)冷拔机钳口板的燕尾槽加工。
附图说明
图1为冷拔机钳口板的结构示意图；
图2为冷拔机钳口板的结构示意图；
图3为本发明用于无缝钢管冷拔机钳口板燕尾槽的加工装置的结构示意图；
图4为图3的右视图；
图5为图4的俯视图；
图6为本发明所述加工装置中调节螺钉的结构示意图；
图7为图6的右视图；
图8为图6的左视图；
图9为本发明加工方法的示意图1；
图10为本发明加工方法的示意图2。
具体实施方式
参见图1～图10，本发明的一种用于无缝钢管冷拔机钳口板燕尾槽的加工装置，设置于卧式刨床工作台上，其包括：
支承架1，设置于所述卧式刨床工作台1一侧面，其包括：
两支撑板11、11’，平行设置，该支撑板11、11’呈直角扇形，其一侧边为上部圆弧、下部为垂直面，另一侧边为与所述侧边成锐角的斜面，锐角角度为11～20度；
支承横梁12，设置于两支撑板211上部之间，其两端连接于所述两支撑板11、11’直角处的内侧面；支承横梁12中间设调节螺孔；
调节螺钉2，设置于所述支承横梁12中间的调节螺孔；
定位板3，竖直连接于所述两支撑板11、11’扇形弧面的下部；该定位板3通过螺栓固定于所述卧式刨床的工作台侧面。
参见图8～图10，所述调节螺钉2由螺钉21和圆杆22组成；螺钉21呈同心异径的三重台阶状圆柱体结构，台阶状圆柱体小径圆柱体端部加工成圆角，中径圆柱体外圆周表面加工三角螺纹，大径圆柱体外圆周表面居中加工一圆孔，此圆孔轴心线与螺钉轴心线垂直并交汇；圆杆22，呈细长型圆柱体结构，插置于所述螺钉21圆孔，且，圆杆22两端粗墩。
本发明一种使用所述的加工装置加工无缝钢管冷拔机钳口板燕尾槽的方法，其包括如下步骤：
1)刨削准备
钳口板清理加工面；
2)钳口板上机安装定位
采用起重机械将钳口板100垂直吊运至卧式刨床工作平台200上方，逐步匀速下降，直至钳口板100整体插入所述加工装置支承架的两个支撑板间，并将钳口板钳口即燕尾槽所在区域部位整体放入卧式刨床工作平台上的平口钳300中预紧；
3)校正加工工位
通过旋拧调节螺钉，校正钳口板待刨削加工的燕尾槽与卧式刨床工作平台的角度位置，对燕尾槽加工面进行找正校正，其中调节螺钉顺时针方向旋转，钳口板斜面向内侧偏转，调节螺钉逆时针方向旋转，钳口板斜面向外侧偏转；调整螺钉与钳口板接触面的螺钉螺杆伸出长度为3.1～3.5mm时，32-钳口板接触面即背面与所述加工装置支承架的两个支撑板成145-155度钝角；当螺钉螺杆伸出长度为1.0-1.5mm时，钳口板接触面与所述加工装置支承架的两个支撑板成132-140度钝角；此两个角度的是刨削钳口板左右燕尾槽的最佳工位；当钳口板燕尾槽加工工位符合刨削要求时，旋拧调节螺钉上的六角螺母予以固定，同时对平口钳进行加力固定；
4)刨削加工
按照设定的切削速度v和进给量包括切削量f、背吃刀量a，对燕尾槽进行刨削加工，按照粗刨和精刨两种方式进行，其中粗刨的切削速度v＝55～65次/min，切削量f＝1.0～1.5mm，背吃刀量a＝0.5～1.0mm；同时在刨削燕尾部位时采用角度偏转刃磨的专用刀具，精刨的切削速度v＝45～55次/min，切削量f＝0.5～1.0mm，背吃刀量a＝0.3～0.5mm；
5)检验
采用量具和样板对精刨之后的钳口板燕尾槽进行测量检验，确认是否符合技术要求，合格的可做下机准备，不合格的尺寸不足可继续精刨切削，尺寸超差则需下机重新堆焊处置；
6)下机备库
采用起重机械将刨削加工并符合技术要求的钳口板吊运离机，松开平口钳，调节螺钉退出，将钳口板整体吊运离开卧式刨床工作平台，对加工部位修正毛刺，上包装之后送达机旁库备库。
实施例一
45t冷拔机拔制小车钳口板新品燕尾槽刨削加工：
采用BC6030牛头刨床，实施本发明所提供的装置与工艺方式，刨削制备加工45t冷拔机钳口板新品燕尾槽时，按照设定的工艺方法进行，由刨削准备→钳口板上机安装定位→校正加工工位→刨削加工→检验→下机备库等六个工步组成。即：
1)刨削准备：钳口板清理加工面、刨床准备、刀具准备(刃磨)、量具准备、工装器具装备(将加工装置安装就位)等。
2)钳口板上机安装定位：采用起重机械将1件钳口板垂直吊运至卧式(牛头)刨床工作平台上方，逐步匀速下降，直至钳口板整体插入支承架两支撑板间，并将钳口板钳口(燕尾槽所在区域)部位整体放入平口钳中预紧，此时可松开起重机械。
3)校正加工工位：通过旋拧可调式支承定位装置的调节螺钉，校正钳口板待刨削加工的燕尾槽与刨床工作平台的角度位置，对燕尾槽加工面进行找正校正，其中调节螺钉顺时针方向旋转，钳口板斜面向内侧微量偏转，调节螺钉逆时针方向旋转，钳口板斜面向外侧微量偏转；计算模型为调整螺钉与钳口板接触面的螺钉螺杆伸出长度为3.4mm时，钳口板接触面(背面)与支承架支撑板呈150度钝角；当螺钉螺杆伸出长度为1.3mm时，钳口板接触面(背面)与支承架支撑板呈137度钝角；此两个角度的是刨削钳口板左右燕尾槽的最佳工位；当钳口板燕尾槽加工工位符合刨削要求时，旋拧调节螺钉上的六角螺母予以固定，同时对平口钳进行加力固定。
4)刨削加工：按照设定的切削速度v和进给量(切削量f、背吃刀量a)对燕尾槽进行刨削加工，按照粗刨和精刨两种方式进行，其中粗刨的切削速度v＝60～65次/min，切削量f＝1.0～1.5mm，背吃刀量a＝0.5～1.0mm；同时在刨削燕尾部位时采用角度偏转刃磨的专用刀具，此时精刨的切削速度v＝50～55次/min，切削量f＝0.5～0.8mm，背吃刀量a＝0.3～0.4mm；通过工作平台的角度调整，连同可调式支承装置，带动钳口板同步旋转，加工燕尾槽的楔形角内平面，直至燕尾槽的宽度、角度符合技术要求；粗刨与精刨时均设置有中间测量工步。
5)检验：采用专用量具和样板对精刨之后的钳口板燕尾槽进行测量检验，确认是否符合技术要求，合格的可做下机准备，不合格的尺寸不足(有余量)可继续精刨切削，尺寸超差(无余量)则需下机重新堆焊处置后再次刨削加工。
6)下机备库：采用起重机械将刨削加工并符合技术要求的钳口板吊运离机，待钢丝绳预紧之后，此时松开平口钳，旋拧松动六角螺母，逆时针旋转退出调节螺钉，将钳口板整体吊运离开卧式(牛头)刨床工作平台，对加工部位修正毛刺，上包装之后送达机旁库备库。
实施例二
65t冷拔机拔制小车钳口板堆焊修复件燕尾槽刨削加工：
采用BC6030牛头刨床，实施本发明所提供的装置与工艺方式，刨削制备加工65t冷拔机钳口板堆焊修复件燕尾槽时，按照设定的工艺方法进行，由刨削准备→钳口板上机安装定位→校正加工工位→刨削加工→检验→下机备库等六个工步组成。即：
1)刨削准备：钳口板清理加工面、刨床准备、刀具准备(刃磨)、量具准备、工装器具装备(将加工装置安装就位)等。
2)钳口板上机安装定位：采用起重机械将1件钳口板垂直吊运至卧式(牛头)刨床工作平台上方，逐步匀速下降，直至钳口板整体插入加工装置支承架两支撑板间，并将钳口板钳口(燕尾槽所在区域)部位整体放入平口钳中预紧，此时可松开起重机械。
3)校正加工工位：通过旋拧可调式支承定位装置的调节螺钉，校正钳口板待刨削加工的燕尾槽与刨床工作平台的角度位置，对燕尾槽加工面进行找正校正，其中调节螺钉顺时针方向旋转，钳口板斜面向内侧微量偏转，调节螺钉逆时针方向旋转，钳口板斜面向外侧微量偏转；计算模型为调整螺钉与钳口板接触面的螺钉螺杆伸出长度为3.4mm时，钳口板接触面(背面)与支承架支撑板呈150度钝角；当螺钉螺杆伸出长度为1.3mm时，钳口板接触面(背面)与支承架支撑板呈137度钝角；此两个角度的是刨削钳口板左右燕尾槽的最佳工位；当钳口板燕尾槽加工工位符合刨削要求时，旋拧调节螺钉上的六角螺母予以固定，同时对平口钳进行加力固定。
4)刨削加工：按照设定的切削速度v和进给量(切削量f、背吃刀量a)对燕尾槽进行刨削加工，按照粗刨和精刨两种方式进行，其中粗刨的切削速度v＝55～60次/min，切削量f＝1.0～1.5mm，背吃刀量a＝0.5～1.0mm；同时在刨削燕尾部位时采用角度偏转刃磨的专用刀具，此时精刨的切削速度v＝45～50次/min，切削量f＝0.5～0.8mm，背吃刀量a＝0.3～0.4mm；通过工作平台的角度调整，连同可调式支承装置，带动钳口板同步旋转，加工燕尾槽的楔形角内平面，直至燕尾槽的宽度、角度符合技术要求；粗刨与精刨时均设置有中间测量工步。
5)检验：采用专用量具和样板对精刨之后的钳口板燕尾槽进行测量检验，确认是否符合技术要求，合格的可做下机准备，不合格的尺寸不足(有余量)可继续精刨切削，尺寸超差(无余量)则需下机重新堆焊处置后再次刨削加工。
6)下机备库：采用起重机械将刨削加工并符合技术要求的钳口板吊运离机，待钢丝绳预紧之后，此时松开平口钳，旋拧松动六角螺母，逆时针旋转退出调节螺钉，将钳口板整体吊运离开卧式(牛头)刨床工作平台，对加工部位修正毛刺，上包装之后送达机旁库备库。
