高速鋼軋輥切削工藝新突破

李曼，魏福貴

(1.河北鋼鐵股份有限公司承德分公司，河北承德 067000；2.安陽市睿恒數(shù)控機(jī)床有限公司，河南安陽 456150)

高速鋼材料作為工具鋼使用已經(jīng)有百年的歷史，但是作為軋輥新材料使用僅有十幾年的歷史。高速鋼軋輥的表面硬度可達(dá)HS80～90，其輥身接觸屈服應(yīng)力相當(dāng)于赫芝接觸應(yīng)力3 200 MPa，滾動疲勞強(qiáng)度為2 200 MPa，并且高速鋼軋輥具有很高的熱穩(wěn)定性和和紅硬性，使得高速鋼軋輥的軋鋼量是普通軋輥軋鋼量的15～25倍，能夠大大提高鋼材的軋制質(zhì)量和軋機(jī)效率，使得高速鋼軋輥在短短的時間內(nèi)得到了國內(nèi)軋鋼公司的大力推廣。

由于高速鋼軋輥具有硬度高、耐磨性強(qiáng)的特點(diǎn)，使得高速鋼軋輥的加工難度相應(yīng)增加，對用于棒線材軋機(jī)高速鋼軋輥的孔型加工難度更大。其加工工時是合金鑄鐵軋輥的3～4倍，通常在刀具選用合理、加工過程熟練的情況下，對于一支φ350 mm×600 mm軋輥，孔型加工需要2～3個班次，大約20多個小時，加工費(fèi)用3 000～5 000元。切削參數(shù)如下:切削速度 5 m/min，進(jìn)刀深度 0.1～0.2 mm［1-2］?？傊?，由于加工難度比較大，一直以來是限制高速鋼軋輥應(yīng)用的瓶頸。

某公司在高速鋼軋輥在棒材線推廣應(yīng)用過程中同樣遇到了上面的問題，通過和機(jī)床廠家共同合作和研究，實(shí)現(xiàn)了對高速鋼軋輥加工工藝的新突破，達(dá)到了理想的加工效率和切削成本控制。

1 機(jī)床的選擇

機(jī)床的選用很關(guān)鍵，對設(shè)備的要求如下:

機(jī)床:數(shù)控軋輥車床;

主軸轉(zhuǎn)速:0～300 r/min;

精車外圓精度:

圓度:0.005 mm;

圓柱度:0.02/300 mm;

重復(fù)定位精度:

X/Z軸:0.006/0.010 mm;

定位精度:

X/Z軸≤0.01/0.02 mm;

快速移動速度:

X/Z軸:12～15 m/min;

機(jī)床無故障間隔時間:

MTBF≥1 500 h。

該公司根據(jù)以上技術(shù)要求，選擇安陽市睿恒數(shù)控機(jī)床有限公司生產(chǎn)的RHCK8463/3000高精度數(shù)控軋輥車床。

該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)采用德國西門子828D數(shù)控系統(tǒng);機(jī)床主軸采用獨(dú)立主軸單元，機(jī)床尾座采用重型大載荷尾座，配置內(nèi)置旋轉(zhuǎn)尾座;機(jī)床加工精度:IT6，表面粗糙度:Ra≤0.8 μm，機(jī)床X/Z軸定位精度:≤0.01/0.02 mm，零件圓度:≤0.005 mm，機(jī)床無故障間隔時間:MTBF≥1 500 h，能夠滿足高速鋼軋輥的高速、高效、可靠加工。

2 高速鋼軋輥選用

規(guī)格型號:軋輥直徑380 mm，每支有28個軋槽，軋槽直徑12 mm，輥身長度700 mm。

軋輥材質(zhì):高速鋼。

3 刀具的選擇

由于高速鋼軋輥硬度高，選擇使用高硬度CBN軋輥專用加工刀具。

刀桿:

規(guī)格:40×40 mm，中置;

刀片:

材質(zhì):立方氮化硼 (CBN);

規(guī)格:R=4.75 mm的圓形刀片;

安裝方式:反裝，刀尖朝下;

刀具冷卻:風(fēng)冷(設(shè)備配備自動渦流冷風(fēng)機(jī)，出風(fēng)口溫度-10℃)。

4 切削用量選擇

合理的切削用量對于刀具的壽命和效率有很大的影響。

選擇切削用量如下:

切削速度:180 m/min;

進(jìn)刀深度:0.4 mm;

主軸轉(zhuǎn)速:150 r/min;

進(jìn)給速度:100 mm/min。

5 高速鋼軋輥加工程序編制

為了縮短加工及輔助時間，采用計算機(jī)自動編程，一次對刀，自動完成軋輥加工。

加工工藝流程:計算機(jī)繪圖→自動生成CNC程序→上傳CNC程序至數(shù)控軋輥車床→機(jī)床對刀→啟動加工程序→數(shù)控機(jī)床自動完成加工。

編程軟件采用CAXA，根據(jù)軋輥圖紙，繪制軋輥的電子圖紙，然后選擇要加工的輪廓。

圖1為軋輥單槽切削走刀示意圖，粗實(shí)線為槽的輪廓線，細(xì)線為走刀路徑。

圖1 軋輥單槽切削走刀示意圖

下面是CAXA自動生成的單槽復(fù)車程序:

加工程序編制完成后，通過CF卡或者U盤傳輸至機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)。

6 加工結(jié)果

加工結(jié)果見表1。

表1 加工時間統(tǒng)計表

7 經(jīng)濟(jì)效益分析

加工時間分析:加工時間約3 h，是傳統(tǒng)高速鋼軋輥加工的5～10倍。

刀具費(fèi)用分析:加工整只軋輥，消耗刀具費(fèi)用大約160元。

人工工資分析:人工成本按20元/h，計60元。

機(jī)床耗電成本分析:按照機(jī)床總功率45 kW，實(shí)際使用50%，每小時耗電22.5 kW·h，切削時間按3 h計算，耗電67.5 kW·h，價值67.5元。

加工總費(fèi)用=刀具費(fèi)用+機(jī)床耗電+人員工資=287.5元。

8 結(jié)論

通過以上分析，利用以上工藝加工高速鋼軋輥，加工效率提高了7倍;加工成本至少降低了10倍。由于加工效率大大提高，人員人數(shù)相應(yīng)大大降低。

通過以上分析，該加工工藝能夠滿足高速鋼軋輥的高速加工，能夠大幅度提高效率和降低軋輥加工和人工使用成本。

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