[发明专利]沟槽式结晶器铜管的一体式滚压刀具及制备方法

说明书

本发明属于高质高效加工技术领域，公开了一种沟槽式结晶器铜管的一体式滚压刀具及制备方法，滚压组合刀具包括：圆角滚轮、滚刀、套环、滚轴和拐角块。针对结晶器铜管外壁直面成形，设计不同形状和尺寸的滚刀对应加工不同特征的阵列式沟槽结构。针对铜管角部曲面成形，由相邻两组圆角滚轮对接配合加工完成，其中包括过渡圆弧刀齿面和一个或多个直面刀齿面。通过一体式组合刀具配合芯棒，完成铜管外壁的多沟槽特征和内腔锥度曲线加工成形，相比于传统数控铣削往复走刀加工，提高了加工效率和表面成形质量，降低生产成本，在沟槽式连铸结晶器铜管加工与多沟槽特征机械加工领域有广泛的应用需求。

技术领域

本发明属于高质高效加工技术领域，具体来说是一种用来制备带沟槽的连铸结晶器铜管的一体式滚压刀具及制备方法。

背景技术

相比于传统结晶器铜管，带沟槽连铸结晶器铜管热效率更具优势，拉速和生产效率也更高，但其由于多沟槽阵列式分布于铜管外壁，使用传统铣削加工效率低下，且精度不足。目前，沟槽特征加工方法主要是传统数控铣削加工，通过数控铣刀去除毛坯材料，经多次往复走刀，逐一在铜管外壁加工形成沟槽，这种加工方式的优势是通用性较好，但是每次走刀行程只能加工出一条沟槽，且准备周期较长，费时费力效率很低，与此同时，加工过程中产生的切削热和切削力对沟槽成形质量与精度的负面影响均较大，甚至损坏铜管表面。

一体式滚压组合刀具对于阵列式沟槽结构加工效率较高，且加工精度更有优势，可以代替现有的传统数控铣刀铣削加工方式，其通过与结晶器芯棒配合，可以高质高效的完成沟槽式连铸结晶器铜管加工。基于滚压加工材料弹性模型和多沟槽特征加工研究，设计了一种能够显著提高效率与表面质量的新型加工方式以及其组合刀具，在沟槽式连铸结晶器铜管加工与多沟槽特征机械加工领域有广泛的应用需求。

发明内容

本发明针对阵列式沟槽传统数控加工技术的不足，研究设计一种用来制备带沟槽的连铸结晶器铜管的一体式滚压刀具及制备方法，通过改变组合刀具中滚刀的刀齿面形状，相应加工不同形状的沟槽结晶器铜管，通常刀齿面形状为三角形、梯形、矩形或弧形，实现阵列式沟槽结晶器铜管的单行程成形加工，从而改变传统加工工艺方式，显著提升沟槽特征加工效率，提高沟槽成形表面质量，增加沟槽设计尺寸精度，降低生产成本，缩短生产周期。

本发明采用的技术方案如下：

一种沟槽式结晶器铜管的一体式滚压刀具，主要由套环、滚刀、圆角滚轮、滚轴、拐角块装配而成；

套环作为该一体式滚压刀具的主体承载支撑框架，其背面为一矩形贯穿孔，矩形贯穿孔的四边边长均大于结晶器铜管外表面所对应边长且与结晶器铜管边长成正比；套环的正面，环绕矩形贯穿孔为用于装配组合滚压刀具的凹槽结构；

圆角滚轮由一段过渡圆弧刀齿面和一个以上直面刀齿面组成，过渡圆弧直径与结晶器铜管的角部过渡圆弧直径相等，过渡圆弧弧长为结晶器铜管角部过渡圆弧弧长的1/2；直面刀齿面高度与结晶器铜管角部换热总量成正比，与冷却液流量成正比；直面刀齿面宽度与结晶器铜管角部换热总量成反比，与冷却液流量成正比；

拐角块的截面为对称直角五边形，三侧面为与套环正面凹槽配合尺寸，两直角侧面为与圆角滚轮侧面配合；

套环为一体式滚压刀具的支撑框架，四个拐角块固定于套环正面凹槽结构的四角，每相邻两个拐角块间固定一根滚轴，在滚轴上，圆角滚轮和滚刀完成同轴装配，每个滚刀配合两片圆角滚轮，分别装配于滚刀的上下表面，其中圆角滚轮、滚刀、滚轴装配称为组合滚压刀具。

所述滚刀的刀齿面形状为三角形、梯形、矩形或弧形。

用上述一体式滚压刀具实现沟槽式结晶器铜管的一体式滚压制备方法，包括步骤如下：

首先将结晶器铜管的毛坯棒料固定于结晶器芯棒的小端，然后在铜管毛坯外壁套上一体式滚压组合刀具，通过油压机拉动芯棒，使得芯棒与铜管、铜管与刀具之间产生相对滑动与角度摆动，最终铜管外壁成形为阵列式沟槽分布，铜管内腔成形为连续变锥度曲线分布。