高硬度合金鋼瓦楞輥風(fēng)吸槽的先進(jìn)加工方法

陳軍勝

肇慶市特種設(shè)備檢驗(yàn)所，廣東肇慶 526060

高硬度合金鋼瓦楞輥風(fēng)吸槽的先進(jìn)加工方法

陳軍勝

肇慶市特種設(shè)備檢驗(yàn)所，廣東肇慶 526060

本文主要介紹了一種加工紙板生產(chǎn)線的核心零件——瓦楞輥半月形風(fēng)吸槽的獨(dú)創(chuàng)先進(jìn)的方法。該方法主要是采用了改裝機(jī)床成為一種專用加工機(jī)床。改裝的方法比較簡(jiǎn)單且成本投入較低，經(jīng)濟(jì)效益良好。通過這種改進(jìn)的加工方法能解決加工高強(qiáng)度材料過程中刀具快速磨損和工件震動(dòng)的問題，同時(shí)也能保證加工零件及其部位的尺寸和形狀位置精度等，該項(xiàng)技術(shù)屬于同行業(yè)中一種較為新穎和先進(jìn)的加工技術(shù)值得予以推廣和借鑒。

瓦楞輥；高硬度；半月形風(fēng)吸槽；專用機(jī)床；切削加工

0 引言

瓦楞輥是瓦楞紙板生產(chǎn)線心臟機(jī)器——瓦楞機(jī)的心臟零件，其關(guān)鍵和重要性不言而喻。瓦楞輥的制造精度與使用壽命等指標(biāo)會(huì)直接影響到使用廠家的生產(chǎn)效益和生產(chǎn)成本，換言之，一個(gè)制造精良的瓦楞輥零件將會(huì)直接給使用用戶帶來經(jīng)濟(jì)效益。因此，瓦楞輥的設(shè)計(jì)與制造工藝一直是國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠家孜孜不倦追求改進(jìn)和提高的重要課題。

筆者多年來一直從事瓦楞紙板生產(chǎn)線的研發(fā)與制造。瓦楞紙板生產(chǎn)線由多臺(tái)單機(jī)組成，其中的瓦楞機(jī)是一個(gè)核心。瓦楞機(jī)的作用是將成卷的原紙經(jīng)過瓦楞輥的加溫加熱和碾壓加工成波浪形（瓦楞形狀），從而為后續(xù)工序最終加工成瓦楞紙板作基礎(chǔ)。用于碾壓原紙成型的瓦楞輥就成為了瓦楞機(jī)的核心零件。由于瓦楞輥在碾壓原紙過程中要采用外部風(fēng)吸裝置來吸牢原紙，所以，在設(shè)計(jì)上就要求在瓦楞輥的外圓表面加工出若干條用以吸風(fēng)的半月形風(fēng)槽。本文所述的帶有半月形風(fēng)吸槽的瓦楞輥應(yīng)用于內(nèi)抽式單面瓦楞機(jī)（目前較為主流的機(jī)型）。該風(fēng)吸槽均勻地分布在瓦楞輥體的外表面，其長(zhǎng)度、寬度和深度均相等，風(fēng)吸槽的形狀要求寬度很窄但深度較深，因而在加工上是一個(gè)難點(diǎn)。

1 機(jī)床改裝設(shè)計(jì)

瓦楞輥通常采用48CrMo合金鋼為母材（熱處理后硬度很高），輥身幅寬可達(dá)2.5m，輥的直徑最大為430mm。由于瓦楞輥的材料特性很硬，在其外表面加工的風(fēng)吸槽形狀獨(dú)特、分布密集等原因，采用普通的機(jī)床是無法實(shí)現(xiàn)風(fēng)吸槽的加工要求，國(guó)內(nèi)也未有廠家制造這種專用設(shè)備，因此只能通過自行設(shè)計(jì)改裝現(xiàn)有機(jī)床來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)將改裝設(shè)計(jì)的思路闡述如下：

1）選用CW6180普通車床實(shí)行改裝。該型號(hào)機(jī)床的加工范圍和剛性精度等均可滿足常用規(guī)格瓦楞輥的加工要求。

2）為了操作方便，改造后的機(jī)床中部將不設(shè)中心架作輔助支承。同時(shí)為了解決加工中零件的震動(dòng)問題，改造后在尾座頂針套筒外圓上緊固一個(gè)套筒和焊接一個(gè)卡盤法蘭，法蘭上安裝一個(gè)φ325mm的三爪卡盤用以?shī)A緊零件軸頭，這樣可有效提高加工的穩(wěn)定性。

3）機(jī)床主軸的三爪卡盤的法蘭改造成帶有分度功能。風(fēng)吸槽的徑向分度與分度法蘭的分度孔相一致。加工時(shí)通過對(duì)三爪卡盤的控制來帶動(dòng)輥身轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)吸槽徑向分度的定位。

4）拆除車床溜板箱上原有刀架和小拖板，在原拖板位置安裝變速箱和旋轉(zhuǎn)電機(jī)等機(jī)械裝置。加工吸風(fēng)槽用的銑刀由變速箱帶動(dòng)，在加工時(shí)通過選擇合理的變速箱齒輪傳動(dòng)比就可獲得理想的切削速度，切削深度則通過中拖板的進(jìn)給來實(shí)現(xiàn)。

5）冷卻系統(tǒng)可采用原車床自帶的系統(tǒng)。改造后加長(zhǎng)了冷卻液的管道，使噴槍能對(duì)準(zhǔn)銑刀噴射冷卻液即可。

2 要保證半月形風(fēng)吸槽的加工精度，除了對(duì)車床的必要改裝，還需注意以下幾點(diǎn)：

1） 機(jī)械加工的難度較大

瓦楞輥的材質(zhì)因其使用特性，要求有很高的內(nèi)部強(qiáng)度和表面硬度。這種特性對(duì)于機(jī)械加工而言是一種難度，瓦楞輥切削條件的惡劣性有兩個(gè)方面：其一是材料強(qiáng)度大。瓦楞輥選用的48CrMo合金鋼材質(zhì)，經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理后的硬度為34HRC，其σb達(dá)1 220N/mm2。其硬度是常用材質(zhì)45＃鋼的2.03倍，其σs值為45＃鋼的3.09倍。其二是加工的吸風(fēng)槽要求深而窄。該風(fēng)吸槽寬度為2.5mm，深度為25mm，深寬比達(dá)到了10，機(jī)械加工的難度明顯加大。

2） 選擇合適的刀具

對(duì)切削材料進(jìn)行分析，如只考慮其切削性能的話，選用YG類硬質(zhì)合金刀片的鋸片銑刀在使用壽命上有優(yōu)勢(shì)，但這種刀具的訂購(gòu)和自制都較困難。經(jīng)對(duì)比試驗(yàn)后最終選用了W18Cr4V高速鋼標(biāo)準(zhǔn)銑刀（可以返磨）作為切削刀具。而刀具后制造廠家時(shí)則選擇了哈爾濱工量具廠和成都工量具廠。

3）銑刀主后角α的確定

標(biāo)準(zhǔn)的高速鋼鋸片銑刀的后角一般為20°，較適宜于加工45＃鋼等一般鋼材。在加工48CrMo鋼等高硬度材料時(shí)易崩刃和產(chǎn)生較大的震動(dòng)。根據(jù)被加工材料塑性變形小、刀具后角磨損小的特點(diǎn)，我們修改其后角為15°，這樣改動(dòng)后可減少刀具的震動(dòng)和增加其耐用度。

4）切削速度的選擇

在加工時(shí)如果切削速度過大（轉(zhuǎn)速大于120r/min時(shí)），極易造成刀具的崩刃和磨損，另外轉(zhuǎn)速太小又會(huì)降低加工的生產(chǎn)效率。經(jīng)過反復(fù)的對(duì)比試驗(yàn)，最后確定鋸片銑刀轉(zhuǎn)速為80r/min，這樣的轉(zhuǎn)速既能保證加工質(zhì)量又能兼顧生產(chǎn)效率。

5）冷卻液的選擇

冷卻液的作用：一是冷卻刀具和工件，二是減輕刀具與工件摩擦。由于鋸片銑刀的切削方式為間斷式切削，應(yīng)重點(diǎn)考慮減輕刀具與工件摩擦的作用，因而選擇柴油代替常規(guī)的乳化油作為銑槽的冷卻液是較為合適的，在實(shí)際應(yīng)用中也得到了驗(yàn)證。

3 改裝后機(jī)床的實(shí)際工作和操作過程及其注意事項(xiàng)

3.1 定位和裝夾方法

首先，要用車床床頭箱頂針和尾座頂針分別頂住瓦楞輥兩端軸頭的中心孔，以同軸線定位圓柱銷對(duì)正輥筒端面其中一個(gè)Φ22真空腔定位。最后分別用主軸和尾座的三爪卡盤緊固瓦楞輥的兩端軸頭。

3.2 機(jī)械加工過程

瓦楞輥輥筒經(jīng)過上工序精車外圓后會(huì)加工出一些環(huán)形刻線，這些環(huán)形刻線是風(fēng)吸槽的軸向定位線。在加工前銑刀應(yīng)首先對(duì)準(zhǔn)該刻線，然后啟動(dòng)裝在車床溜板箱上的電機(jī)，通過變速箱來帶動(dòng)銑刀旋轉(zhuǎn)切削零件。在加工過程中要持續(xù)用冷卻液噴槍對(duì)準(zhǔn)切削區(qū)噴射冷卻液，保證刀具和零件的降溫和潤(rùn)滑的要求。通過中拖板的進(jìn)給，用變速箱末端定位圓柱銷來控制風(fēng)吸槽的切削深度。當(dāng)需要在另一角度加工風(fēng)吸槽時(shí)，先松開尾座的卡盤，之后通過旋轉(zhuǎn)車床床頭箱的三爪卡盤（其聯(lián)接法蘭帶分度機(jī)構(gòu)）來帶動(dòng)輥身轉(zhuǎn)動(dòng)，在到達(dá)確定的角度后再以定位圓柱銷固定分度孔，最后夾緊尾座卡盤就可以繼續(xù)切削加工了。重復(fù)以上步驟最后可完成瓦楞輥上所有風(fēng)吸槽的加工。

3.3 加工中需要注意的地方

加工吸風(fēng)槽的工序是安排在對(duì)輥體整體進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理之后的，在加工完吸風(fēng)槽后還要進(jìn)行的瓦楞輥的整體高頻淬火熱處理。為了避免在高頻處理時(shí)出現(xiàn)風(fēng)吸槽槽邊位置應(yīng)力集中出現(xiàn)裂紋的缺陷，在制造工藝上就要求加工風(fēng)槽的過程中須要確保風(fēng)槽位置的溫升不能太高，否則會(huì)造成風(fēng)槽邊區(qū)域硬度不如其他區(qū)域的系統(tǒng)缺陷（這種缺陷就是我們常說的“風(fēng)吸槽邊軟帶”現(xiàn)象），這點(diǎn)在加工吸風(fēng)槽的過程中應(yīng)予以高度重視和嚴(yán)格執(zhí)行。

經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)踐操作，事實(shí)證明了這種用改裝車床來銑削加工半月形風(fēng)吸槽的方法是可靠實(shí)用的，同時(shí)也能較好地保證瓦楞輥風(fēng)吸槽的加工精度，作為一種新創(chuàng)先進(jìn)的加工方法值得在同行業(yè)中予以推廣和借鑒采用。

[1] 孟少農(nóng)主編.機(jī)械加工工藝手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[2] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社，1993.

[3] 余能真主編.車工.中國(guó)勞動(dòng)出版社，2001.

[4] 林約利，程芝蘇編.簡(jiǎn)明金屬熱處理工手冊(cè).上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003.

TH6

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1674-6708（2010）18-0015-002