軸承鋼鋼領(lǐng)車削工藝探討

王志龍

(南京第一機(jī)床廠有限公司邁新特公司，江蘇南京 211100)

0 前言

我國是世界紡織大國，擁有環(huán)錠細(xì)紗機(jī)錠數(shù)約8 000萬枚，其數(shù)量居世界首位。20號(hào)鋼鋼領(lǐng)占全國鋼領(lǐng)市場的90%，瑞士布雷克公司的鋼領(lǐng)〔軸承鋼(GCr15)或合金鋼〕約占我國市場的5%-10%。市場潛力巨大，我公司生產(chǎn)的軸承鋼鋼領(lǐng)生產(chǎn)線已成功地銷往紡織行業(yè)。銷售價(jià)格是20號(hào)鋼鋼領(lǐng)的3～4倍，邁出替代進(jìn)口同類產(chǎn)品的第一步。本文對(duì)車加工工藝進(jìn)行探討，鋼領(lǐng)的品質(zhì)提升有待于涉及的行業(yè)共同努力。這是一個(gè)系統(tǒng)工程，材質(zhì)要求的提高、熱處理工藝的優(yōu)化、切削刀具的進(jìn)步等各方面的齊心努力，才能使我國的鋼領(lǐng)成為世界的名牌。

鋼領(lǐng)是指環(huán)錠細(xì)紗機(jī)和環(huán)錠捻線機(jī)中起加捻和卷繞作用的鋼制圓環(huán)形機(jī)件。按幾何形狀分為平面鋼領(lǐng)、豎邊鋼領(lǐng)和錐面鋼領(lǐng)三種。環(huán)錠的“環(huán)”字指的就是鋼領(lǐng)。其中，平面鋼領(lǐng)使用廣泛，且用量較大。現(xiàn)著重平面鋼領(lǐng)車加工工藝的探討。

1 軸承鋼平面鋼領(lǐng)的車削工藝探討

選用數(shù)控全自動(dòng)專用機(jī)床加工軸承鋼鋼領(lǐng)(圖1)，數(shù)控系統(tǒng)要求帶有圓弧插補(bǔ)功能。選用機(jī)夾固定不重磨刀具，刀片涂層和材質(zhì)的選用針對(duì)軸承鋼材料，且注意斷屑槽型的選擇。切削過程要保持?jǐn)嘈?，避免帶狀鐵屑的纏繞影響加工品質(zhì)和自動(dòng)化的過程。

圖1 軸承鋼鋼領(lǐng)加工圖

1.1 加工基準(zhǔn)的選擇(見圖1(b))

根據(jù)基準(zhǔn)“三統(tǒng)一”的原則，即設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)、加工基準(zhǔn)統(tǒng)一使用一個(gè)基準(zhǔn)。圖中A基準(zhǔn)是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)，所以選擇A基準(zhǔn)和B基準(zhǔn)為加工基準(zhǔn)。

1.2 根據(jù)毛坯和零件圖分析

a)切削余量較大，壁厚最薄處只有0.5 mm(見圖1(b))，強(qiáng)度和剛度低，易變形。

b)形狀復(fù)雜，內(nèi)跑道由三段圓弧和一段斜線構(gòu)成(見圖1(c))，外跑道由一段圓弧和一段斜線構(gòu)成(見圖1(b))。關(guān)鍵在于控制好內(nèi)跑道、右端面和A基準(zhǔn)的相對(duì)位置精度，所以工藝要考慮粗加工、半精加工和精加工分開加工。

1.3 粗基準(zhǔn)的選擇

選擇零件右端的外圓和端面作為粗基準(zhǔn)(夾持端)。

1.4 通過工藝分析，分三道工序完成對(duì)該零件的車削加工

a)第一道工序:夾持零件右端以毛坯外圓和端面為粗基準(zhǔn)。

第一工步:加工基準(zhǔn)A端面和基準(zhǔn)B外圓，作為后兩道工序的加工基準(zhǔn)。

第二工步:除三段內(nèi)圓弧R1.6、R0.9、R0.45和9°內(nèi)錐面(見圖1(c))放精加工余量外，其余分粗、精加工達(dá)到圖樣要求。注意:基準(zhǔn)A端面只允許內(nèi)凹。

基準(zhǔn)A端面和基準(zhǔn)B外圓與內(nèi)跑道一次裝夾后，加工完成，保證了它們之間的相對(duì)位置精度。

b)第二道工序:以基準(zhǔn)A端面和基準(zhǔn)B外圓作為夾持端

第一工步:加工右端面。

第二工步:外徑部分加工余量大，可用寬1.82.0 mm割刀粗加工，效率高。

第三工步:用外圓刀加工各部至圖樣要求，圓弧R1.6和19°錐面放超精加工余量。

c)第三道工序:以基準(zhǔn)A端面和基準(zhǔn)B外圓作為夾持端

第一工步:精鏜9°內(nèi)錐面和內(nèi)圓弧R1.6、R0.9、R0.45，放超精加工余量。

第二工步:用陶瓷刀具超精加工9°內(nèi)錐面和內(nèi)圓弧R1.6、R0.9、R0.45，達(dá)到圖樣要求。

第三工步:用陶瓷刀具超精加工19°外錐面和外圓弧R0.6，達(dá)到圖樣要求。

2 使用數(shù)控技術(shù)和不重磨刀具的優(yōu)點(diǎn)

1)使用數(shù)控技術(shù)和圓弧插補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行切削加工，圓弧的幾何形狀能夠達(dá)到圖樣要求，沒有圓弧變成橢圓弧的現(xiàn)象(相對(duì)成型刀切削)。

2)鋼領(lǐng)的內(nèi)跑道和外跑道組成的直線與圓弧、圓弧與圓弧的切點(diǎn)位置坐標(biāo)準(zhǔn)確，且精度高。

3)加工表面連續(xù)光滑，沒有明顯的接刀痕跡。

4)不需軋光工藝。

5)零件的一致性容易控制。

6)選擇合適的刀具材料和斷屑槽型，沒有帶狀鐵屑，有利于提高表面加工品質(zhì)。

7)減少了對(duì)操作人員個(gè)人技能的依賴度。

8)使用不重磨刀具，便于切削數(shù)據(jù)庫地建立和經(jīng)驗(yàn)的積累。

9)對(duì)每個(gè)切削刃加工合格零件數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，提前更換切削刃保證了產(chǎn)品品質(zhì)。

10)使用不重磨刀具，減少了員工磨刀的時(shí)間，降低對(duì)員工的技能要求。

3 普通機(jī)床加工和軋光工序的分析

1)用普通機(jī)床加工鋼領(lǐng)對(duì)員工的技能要求高，培養(yǎng)周期長。

2)采用高速鋼成型刀具，其前角在10°左右，使圓弧R變成橢圓弧，造成鋼領(lǐng)圓弧的幾何形狀發(fā)生變化。

3)由于每人每次裝刀的差異(憑目測、感覺及經(jīng)驗(yàn))，造成圓弧坐標(biāo)位置不準(zhǔn)確，品質(zhì)不穩(wěn)定。

4)用成型刀進(jìn)行成型切削(圓弧段和斜線段)每點(diǎn)的切削速度不同、切削方向不同(圓弧曲率不同)，造成加工表面不光滑，表面粗糙度精度等級(jí)低。

5)成型刀切削比數(shù)控軌跡法切削效率要高，追求低品質(zhì)產(chǎn)品的效率，戰(zhàn)略方向上是否出現(xiàn)了偏差，需要去思考。從售價(jià)上看，與國外相差近20倍。所以鋼領(lǐng)生產(chǎn)企業(yè)需要轉(zhuǎn)變觀念，新一輪的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整也需要企業(yè)站走進(jìn)高端制造，搶占制高點(diǎn)。

6)軋光工藝提高鋼領(lǐng)表面的光亮度，無助于鋼領(lǐng)的形位公差精度的提高，反而有所降低。軋光是對(duì)鋼領(lǐng)加工表面進(jìn)行無切削滾壓的過程，要施加一定的滾壓力。在滾壓表面集聚滾壓應(yīng)力，淬火后應(yīng)力釋放重新分布造成零件變形圓度在0.2 mm。

7)低速切削形成大量的帶狀鐵屑易劃傷已加工面，乳化液的使用也污染環(huán)境。

4 鋼領(lǐng)技術(shù)要求的探討

圓度和平面度是形狀公差，不是位置精度公差。鋼領(lǐng)是鋼絲圈的一條“高速公路”，速度在300 r/s，產(chǎn)生約300°以上的高溫。兩者接觸面多少的問題和慣量問題的考慮，都需要對(duì)鋼領(lǐng)的位置精度進(jìn)行探討。

5 經(jīng)濟(jì)性分析

1)20 號(hào)鋼鋼領(lǐng)售價(jià)1.5～1.8元/只，瑞士布雷克鋼領(lǐng)售價(jià)30元/只。現(xiàn)在生產(chǎn)的軸承鋼鋼領(lǐng)售價(jià)6.2～6.8元/只，未來售價(jià)在20～30元/只。市場需要培育，用戶需要認(rèn)知，向國外高端產(chǎn)品看齊是需要一定的過程。

2)替代進(jìn)口產(chǎn)品，按全年進(jìn)口200萬只鋼領(lǐng)計(jì)算，可減少外匯支出6 000萬元人民幣。

3)軸承鋼鋼領(lǐng)高速軌跡法車削工藝方案，帶動(dòng)我司專機(jī)銷售360萬元，成為新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

4)由1人操作三臺(tái)專機(jī)生產(chǎn)線，可減少2人。按人均年收入3萬元計(jì)算，單班制可節(jié)約人力成本6萬元，雙班制生產(chǎn)可降低人力成本12萬元，且品質(zhì)、產(chǎn)量和效率同步提升。

［1］楊叔子.機(jī)械加工工藝手冊(cè).［M］.北京.

［2］沈其文，徐鴻本.機(jī)械制造工藝禁忌手冊(cè).［M］.北京.

［3］袁哲俊，劉華明.金屬切削刀具設(shè)計(jì)手冊(cè).［M］.北京.

［4］曾正明.機(jī)械工程材料手冊(cè)［M］.北京.

［5］顧崇銜.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.北京.