深孔不銹鋼工件加工工藝的改進(jìn)

華偉

摘要：本文著重分析了不銹鋼深孔的工藝特點(diǎn)，為了保證不銹鋼深孔的加工精度，提高加工效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，對(duì)不銹鋼深孔的加工工藝進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)其中的刀桿進(jìn)行更新設(shè)計(jì)，合理選擇刀具的幾何參數(shù)及切削用量，探索在普通車床上不銹鋼深孔的加工方法，減少切削振動(dòng)，降低加工成本，使產(chǎn)品質(zhì)量符合要求，解決加工中的關(guān)鍵問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：不銹鋼深孔；車削加工工藝 ；刀桿

1 引言

因?yàn)榻K華綸化纖機(jī)械廠是我國(guó)生產(chǎn)化纖機(jī)械產(chǎn)品的重點(diǎn)企業(yè)。多年從事20000T以下化纖后處理生產(chǎn)線、高強(qiáng)高模生產(chǎn)線、碳纖維原絲生產(chǎn)線等設(shè)備制造。采用材料大部分是耐酸防腐的高級(jí)不銹鋼，設(shè)備大，造價(jià)昂貴。在加工過(guò)程中一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，損失巨大，在加工零配件時(shí)，易出現(xiàn)公差、精度、形位誤差等問(wèn)題，造成了大量的廢品，同時(shí)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了節(jié)約生產(chǎn)成本，節(jié)約能源，只能在現(xiàn)有的設(shè)備和工藝上改進(jìn)。在保證產(chǎn)品加工精度，提高加工效率的基礎(chǔ)上對(duì)不銹鋼中間套的切削加工工藝和所用刀具進(jìn)行了新的改進(jìn)。

2 不銹鋼深孔的加工工藝分析

從中間套結(jié)構(gòu)可以看出，該零件加工屬于薄壁深孔加工，對(duì)加工過(guò)程和工藝要求比較高，要加工出符合規(guī)格要求的產(chǎn)品，需要選擇合理的工藝線路和加工方法。

圖1為化纖機(jī)械產(chǎn)品中的一個(gè)重要的零件——中間套，該產(chǎn)品的加工難點(diǎn)和存在的客觀原困：

（1）由于中間套孔深，因而刀排的剛性比較差，加工時(shí)的排屑和冷卻潤(rùn)滑液的進(jìn)給都比較困難。

（2）中間套孔壁比較薄，容易引起裝夾變形，并且在加工時(shí)容易引起振動(dòng)。

（3）中間套材料硬而韌，加工性較差，難以達(dá)到較低的粗糙度，圍繞這些困難，并總結(jié)以往的失敗原困，只能從刀具、裝夾，切削方法和冷卻潤(rùn)滑液等方面著手進(jìn)行了過(guò)細(xì)的試驗(yàn)摸索。

3 改進(jìn)措施

3.1 刀桿的設(shè)定

由于工件的深度過(guò)長(zhǎng)（850mm），使鏜刀桿的伸出長(zhǎng)度很長(zhǎng)，導(dǎo)致了鏜桿的鋼性減弱、切削時(shí)容易引起振動(dòng)，產(chǎn)生抗力嚴(yán)重影響工件的表面質(zhì)量，所以要對(duì)刀具的幾何參數(shù)、切削用量，進(jìn)給方向、潤(rùn)滑冷卻液的使用，進(jìn)行合理的選擇：

（1）刀桿材料應(yīng)選用鋼性較高的優(yōu)質(zhì)45#鋼、再進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理使刀桿的彈性強(qiáng)度增強(qiáng)。

（2）鏜桿加工成組合式，分刀體和刀桿兩部分，一是便于裝卸，二是便于加工中間的油孔。

（3）為了能使鐵屑順利排出，不在孔中滯留，在刀桿引導(dǎo)套后端10mm內(nèi)鉆兩排小孔。

（4）在刀體上開一寬16（+0.03）mm，長(zhǎng)30（+0.03）mm的長(zhǎng)方孔，位置在刀體引導(dǎo)套后端20mm外。

3.2 鏜桿的連接

鏜桿一般用刀具夾持器與車床連接，本例為了減少刀具的振動(dòng)，故設(shè)計(jì)將小拖板和刀架拆除，用自制刀座直接將刀桿裝在中拖板上減少了中間固定環(huán)節(jié)，提高了刀桿和車床的連接剛度。鏜孔刀具結(jié)構(gòu)的圖樣如下圖。

圖2 鏜孔刀具結(jié)構(gòu)

3.3 刀具材料的選擇

刀片材料選用了強(qiáng)度高、熱硬性好、耐磨性好的鎢鈦鉭鈷類、硬質(zhì)合金YW1。

3.4 刀具的幾何角度

3.4.1 前角r。的選擇

r。的選擇直接影響切削負(fù)荷和加工表面的質(zhì)量，影響車刀的強(qiáng)度和耐磨性，一般說(shuō)加工塑性材料時(shí)，應(yīng)選擇大的前角，脆性材料可相應(yīng)取得小一些。如果片面考慮車刀鋒利、前角取得過(guò)大，就會(huì)使刀尖變得非常薄弱。不銹鋼材料粘合性和親和性好，切削容易引起缺口，而且工件精鏜余量小，切削變形不大，因此前角選r。=3°。

3.4.2 后角a。的選擇

選擇后角a。時(shí)，應(yīng)以工件材料的加工條件與要求作為選擇，由于工件和車刀的剛性較差，為了減少振動(dòng)，因此后角選a。=6°。

3.4.3 主偏角Kr的選擇

主偏角Kr是一個(gè)很重要的角度，對(duì)車刀的耐用度有很大影響，在相同的走刀量和切削深度下工作時(shí)，減少主偏角可以使切削變薄，刀刃的散熱面積加大，因此主偏角選10°。

3.4.4 副偏角的選擇

副偏角的主要作用是減少車刀與已加工表面之間的摩擦。在副偏角小的情況下，可以顯著地減少車削后的殘留面積，提高光潔度，但過(guò)小又會(huì)增加切削面積，引起振動(dòng)。因此副偏角選4°。

3.5 刀具刃磨、安裝

3.5.1 刀具刃磨粗糙度在Ra0.1以下，并專門制造磨刀桿，磨刀桿同圖3。刃磨時(shí)將刀塊裝在磨刀桿的方孔里，使刀塊上的D面靠住磨刀桿上C面，用螺釘緊固后進(jìn)行刃磨，保證兩刃的尺寸精度和對(duì)磨刀桿軸線的對(duì)稱性。

圖3 磨刀桿

3.5.2裝刀時(shí)刀塊上的D面?zhèn)瓤孔〉扼w上的一側(cè)面，使車削時(shí)刀塊的位置和刀磨時(shí)的相同，來(lái)減少裝刀偏差，保證工件孔的尺寸精度。刀塊為兩塊，一正一反安裝于刀體上，這樣，兩邊受力均勻，刀具調(diào)整方便。同時(shí)刀塊上的刀片的裝夾方法采用斜面吊緊式，延長(zhǎng)刀片的使用壽命。（以往采用刀排是整體式的，而且刀體裝夾是直角式的，裝刀誤差很大，加工后實(shí)際尺寸值會(huì)出現(xiàn)誤差，刀具在刃磨后不到全長(zhǎng)的2/3刀具就過(guò)渡磨損）。

3.6 改變裝夾方法

先將法蘭盤由主軸連接，引導(dǎo)體用螺栓緊固在法蘭盤上車引導(dǎo)體內(nèi)孔Φ60（+0.046/0），車出定位止口Φ160（+0.03/0），工件裝夾時(shí)，以工件外圓Φ160（0/-0.04）及端面緊固在花盤上的引導(dǎo)體平面上，校正工件后用螺栓緊固。（采用軸向夾緊，使夾緊力沿剛性較好的軸線分布，防止了夾緊變形）。

3.7 采用拉鏜切削法

為了保證工件孔的直線性，采用導(dǎo)向套導(dǎo)向的拉鏜方法進(jìn)行深孔精加工。來(lái)保證刀桿在加工時(shí)不彎曲變形。（導(dǎo)向套的材料，采用球墨鑄鐵，導(dǎo)向套的長(zhǎng)度取工件孔徑尺寸的2.5倍，導(dǎo)向套的直徑與工件孔徑的間隙取0.05mm，此前采用的是直進(jìn)法刀桿，由尾座向主軸移動(dòng)，導(dǎo)向性能低，刀桿無(wú)彈性，而且，進(jìn)給切削液困難，鐵屑易拉毛孔平面。

3.8 改進(jìn)冷卻液及其進(jìn)給方法

因?yàn)槲姨幹耙恢辈捎萌榛屠鋮s，現(xiàn)在采用硫化切削油作冷卻液，流量在25-40L/每分鐘，壓力25公斤/厘米？的油泵，從刀體管壁的一排小孔噴出，將切屑從孔的的待加工表面排出：（改造后的刀排結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2）冷卻潤(rùn)滑液在循環(huán)使用時(shí)必須經(jīng)過(guò)可靠的過(guò)濾，以保證油泵的正常工作和連續(xù)的供給。經(jīng)過(guò)這一改進(jìn)，硫化切削油性能好，刀具不易磨損，加工表面粗糙度達(dá)到Ra0.8～～Ra0.4，而且工件與導(dǎo)向套運(yùn)轉(zhuǎn)自由，加工后未發(fā)現(xiàn)工件與導(dǎo)向套“咬死”現(xiàn)象。

4 加工工藝

4.1 粗、半精車法蘭各尺寸，精車外圓Φ160h7（0/-0.04）及端面粗糙度Ra1.6。車孔Φ60（+0.046/0）到Φ59.65（+0.05/0），表面粗糙度Ra3.2。

4.2 把引導(dǎo)體校圓固定在花盤上，加工引導(dǎo)體的止口Φ160（+0.03/0）及端面，粗糙度Ra1.6（用于安裝），同時(shí)加工導(dǎo)向孔Φ60（+0.046/0）至要求，粗糙度Ra0.8。見(jiàn)圖4：

圖4 引導(dǎo)體

（1）校正刀具的尺寸：將兩把刀具安裝于刀體上校正其尺寸，刀具的尺寸調(diào)整到Φ60（+0.025/+0.01），然后將刀具及刀具導(dǎo)向套放入引導(dǎo)體的導(dǎo)向孔中。

（2）把工件以Φ160h7及端面定位安裝在引導(dǎo)體上用螺栓緊固。（另一頭上中心架）

（3）將外置的冷卻潤(rùn)滑液管從主軸孔后端穿入與內(nèi)孔加工刀具上的潤(rùn)滑油孔聯(lián)接。

（4）把刀具的刀桿安裝中拖板上的專用裝刀座里。

（5）車床主軸反轉(zhuǎn)，n=35r/min，s=0.15mm/r，使用硫化切削油冷卻潤(rùn)滑；刀具切削由主軸端向尾座方向進(jìn)給移動(dòng)。

拉鏜加工時(shí)的情況，導(dǎo)向套緊固在刀體前端，伸向由本車床鏜出的引導(dǎo)體的導(dǎo)向孔內(nèi)，使刀具開始切入工件時(shí)，就有正確的定心作用?；ūP引導(dǎo)體、工件、中心架、裝刀座三者的中心保持同一直線上，保證孔的加工直線性。

經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐和批量的生產(chǎn)后，采用上述改進(jìn)措施后，工件的加工質(zhì)量明顯提高，用Φ60-0.03mm的檢驗(yàn)塞規(guī)（長(zhǎng)900mm）通入孔的全長(zhǎng)檢驗(yàn)時(shí)，既無(wú)松動(dòng)也無(wú)阻滯，滿足了裝配的實(shí)際要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）不銹鋼材料已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，但由于深孔加工的特殊性，使其深孔車削成為生產(chǎn)加工的難題之一。

（2）通過(guò)選用合理的結(jié)構(gòu)、刀具材質(zhì)、刀具幾何參數(shù)、優(yōu)化切削用量等改善措施可以降低切削溫度，減小刀具的磨損，提高刀具耐用度，提高不銹鋼深孔車削性。

（3）通過(guò)對(duì)不銹鋼深孔特點(diǎn)的分析，合理地確定了不銹鋼中間套的加工工藝和刀桿的設(shè)計(jì)方案。對(duì)在普通車床上加工不銹鋼深孔進(jìn)行了大膽的嘗試，特別是刀桿的設(shè)計(jì)和刀桿采用反向切削使系統(tǒng)切削剛性得到提高，切削趨于平穩(wěn)，對(duì)于小批量的生產(chǎn)是一種既保證產(chǎn)品質(zhì)量又降低生產(chǎn)成本的切實(shí)可行的方法。

參與文獻(xiàn)：

[1] 《金屬加工基礎(chǔ)》 杜力 王雪婷 機(jī)械工業(yè)出版社 2013.1.

[2] 車工實(shí)踐（第二卷）陳永鎮(zhèn) 侯祖齡 周天祥 編著 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.

（作者單位：江蘇省灌溉動(dòng)力管理一處）