不銹鋼軸承座零件加工工藝優(yōu)化

盛永剛 張陽 趙書

摘? 要：該文以不銹鋼軸承座零件為研究對象，以現(xiàn)有加工工藝路線為基礎(chǔ)，以加工效率提升為立足點，以毛坯精化、余量精減、高效加工技術(shù)為核心，采用毛坯精化交付、精減加工余量、控制加工參數(shù)和走刀路線等新鮮工藝，徹底取代了傳統(tǒng)的穩(wěn)定處理工序，大大縮短了工藝過程，摸索出一套完整、通用、有效的適合不銹鋼軸承座零件的工藝方法，提升了工藝效率。

關(guān)鍵詞：不銹鋼;軸承座零件;工藝路線;高效銑削

中圖分類號：TH133? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

該文的研究對象為不銹鋼軸承座，屬于支點類零件。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸及技術(shù)條件要求嚴(yán)格，在現(xiàn)場批量生產(chǎn)中，存在周轉(zhuǎn)時間長，加工效率低，不能滿足配套要求的問題。此工藝研究的目標(biāo)不僅是提升該零件的加工質(zhì)量及效率，同時也是對不銹鋼軸承座類零件新型加工模式的探索。

1 技術(shù)方案

1.1 制約零件生產(chǎn)效率和合格率的關(guān)鍵因素識別

產(chǎn)品原工藝路線為：毛坯——單件粗車——單件調(diào)質(zhì)——單件半精車——單件熱處理——單件精車——單件銑加工——焊接——組件粗車——組件精車——組件孔加工——檢驗。

粗車、調(diào)質(zhì)工序為大余量毛坯衍生工序，占整個單件加工周期的一半左右，是制約單件交付周期的關(guān)鍵因素;單組件半精車、精車工序預(yù)留余量不均勻且組件余量較大，零件加工后存在殘余應(yīng)力，易變形，影響產(chǎn)品質(zhì)量;工藝路線冗長，車工序穿插熱處理工序，周轉(zhuǎn)過程多;銑加工工序加工余量大，屬于不銹鋼大余量深腔銑削范疇，是不銹鋼軸承座加工中的瓶頸。

梳理出制約零件生產(chǎn)效率和合格率的關(guān)鍵因素后，進(jìn)行如下工藝優(yōu)化：

1.2 精減毛坯余量，實現(xiàn)均勻余量最終熱處理狀態(tài)交付

毛坯自由鍛成型，內(nèi)腔余量50 mm，因厚度過大，無法實現(xiàn)毛坯最終熱處理交付，衍生了單件機(jī)加工藝中的大余量粗車工序和調(diào)質(zhì)熱處理工序。優(yōu)化毛坯成型工藝，內(nèi)部型腔加工余量由50 mm減少至30 mm以內(nèi)，實現(xiàn)減余量毛坯鍛造，將毛坯粗加工、熱處理工序封閉至毛坯成型工藝，單邊余量留3 mm最后再進(jìn)行熱處理交付，與毛坯精化交付這一發(fā)展趨勢相匹配。

1.3 工藝方案優(yōu)化、取消單件熱處理

毛坯均勻余量最終熱處理交付，原工藝路線中粗車及調(diào)質(zhì)工序相應(yīng)取消，零件外部周轉(zhuǎn)工序減少。工藝方案同時取消了單件穩(wěn)定處理工序，通過控制型面上刀量、加工參數(shù)調(diào)整、固化等加工手段實現(xiàn)零件狀態(tài)的穩(wěn)定控制。

1.4 均勻余量高效車加工

單件半精加工、精加工4個工序連續(xù)排列，全部采用R0.8偏刀進(jìn)行型面車削，實現(xiàn)切削力最小化。通過循環(huán)程序控制加工量，每刀切深0.5 mm，加工進(jìn)給F=0.16 mm/r，加工方案為循環(huán)程序去除大余量，預(yù)留0.3 mm供精加工保證尺寸及技術(shù)條件。不銹鋼材料車削性能良好，零件剛性較強(qiáng)，控制每刀切深和加工進(jìn)給的同時，通過提升切削線速度實現(xiàn)加工效率的大幅提升。

1.5 減少加工余量，提升加工效率

組件車加工余量由3 mm減少至2 mm，采用循環(huán)車加工去除大余量，預(yù)留0.3mm余量供保證型面尺寸的數(shù)控加工方案，由于原加工參數(shù)較為成熟，改進(jìn)時為未對其進(jìn)行調(diào)整。

型面去除余量時每刀切深0.5 mm，半精車工序由2 mm余量減少至1 mm余量，每個粗車循環(huán)刀路減少2刀，精車工序由1 mm余量減少至0.8 mm，每個粗車循環(huán)刀路減少1刀，相應(yīng)工序切削時間得到降低。

1.6 長懸伸刀具系統(tǒng)深腔銑削加工提效

單件銑加工工序為制約不銹鋼軸承座交付周期的主要瓶頸工序，該工序因加工部位位于零件內(nèi)腔底部、余量大，屬于長懸伸刀具深腔銑削范疇，加工效率極低，在各類型加工設(shè)備中均進(jìn)行了加工嘗試，工序加工時間為60 h，加工效率不能滿足交付周期。

原加工方案采用懸伸120 mm的φ20合金銑刀粗加工，清根及精加工由φ10R1.5銑刀去除，φ10R1.5刀具系統(tǒng)工作時最短長度達(dá)415 mm，加工過程刀具振顫嚴(yán)重。

優(yōu)化加工工藝方案，將刀柄系統(tǒng)沿零件型面錐度做到最大實體，實現(xiàn)通過刀柄“增重”實現(xiàn)高剛性，刀桿懸伸較長，采用重金屬刀桿代替普通剛桿，提升刀具系統(tǒng)的抗振性，同時計算最短刀具懸伸實現(xiàn)刀具滿足加工條件下的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。

簧式刀柄采用接觸的方式，難以保持刀具系統(tǒng)的動平衡，同時夾持力遠(yuǎn)小于面接觸，采用熱脹接口實現(xiàn)面接觸的同時可以將刀柄探入零件的部位做到更小，刀具系統(tǒng)剛性顯著增強(qiáng)。

加工過程選用主偏角較小、刀片、刀頭、刀桿組合形式的高進(jìn)給刀具，每層切深0.25 mm。進(jìn)刀采用沿內(nèi)型面螺旋線漸進(jìn)方式，保證斜坡銑角度1°，實現(xiàn)平穩(wěn)進(jìn)刀，轉(zhuǎn)接R部位通過刀路光順實現(xiàn)圓弧過渡，避免拐角部位刀具全包絡(luò)導(dǎo)致的余量突變。

由于刀具主偏角小，切削過程徑向分力較小，承受的軸向力大大增加，不容易引起振動，反而適用于余量較大的、懸伸較長的粗加工過程，相應(yīng)地可以得到較高的加工進(jìn)給，刀具消耗也顯著降低。

刀具系統(tǒng)本身的剛性增強(qiáng)結(jié)合加工中的軸向力，使改善前的加工振動現(xiàn)象不再存在，同時由于采用了螺旋線進(jìn)刀、小切深（0.25 mm）快速切削，加工狀態(tài)平穩(wěn)，實現(xiàn)了均勻余量快速去除的理想狀態(tài)。

現(xiàn)場加工中以S975 r/min，F(xiàn)1350 mm/min的加工參數(shù)進(jìn)行分層銑削，螺旋進(jìn)刀過程進(jìn)給降速至50%。首輪驗證時每2 mm設(shè)置抬刀指令觀察刀具狀態(tài)，實際驗證后只需中途更換刀刃一次，粗開槽用時4 h，單臺加工刀片消耗3片。

轉(zhuǎn)接R清根及型面精加工采用φ10可換頭錐度銑刀配合熱脹刀柄完成。刀具剛性的增強(qiáng)保證了切削過程的平穩(wěn)，精銑內(nèi)圓每層切深2 mm，精銑外圓每層切深0.3 mm，精加工進(jìn)給可達(dá)500 mm/min。

改進(jìn)前銑加工工序深腔銑工步理論切削時間51.61 h，改進(jìn)后8.54 h，理論切削效率提升83.4%。實際全工序加工時間由60 h減少至14 h，同時單臺刀具消耗減少1 238.5元，通過高速銑削達(dá)到加工效率提升目的的同時降低了加工成本。

2 總結(jié)

優(yōu)化后不銹鋼軸承座新工藝路線為：毛坯——單件高效半精車——單件高效精車——高速銑加工——焊接——組件高效粗車——組件精車——孔加工——檢驗。

通過毛坯精化交付、精減加工余量、控制加工參數(shù)和走刀路線的方式取消了傳統(tǒng)的穩(wěn)定處理工序，工藝過程大大縮短。

零件原機(jī)械加工時間346 h，改進(jìn)后加工時間235.5 h，效率提高31.9%，尺寸及技術(shù)條件符合設(shè)計圖樣要求。

3 經(jīng)驗、問題與建議

3.1 經(jīng)驗

工藝方案優(yōu)化過程就是將復(fù)雜過程簡單化、工序加工高效化、自動化的過程，通過精簡工藝路線，優(yōu)化加工方案，可使零件整體加工周期大大縮短。

3.2 問題

工藝優(yōu)化過程應(yīng)用了高速車削、高速銑削技術(shù)實現(xiàn)工序加工效率的大幅提升，高速切削過程需選用與其匹配的加工刀具系統(tǒng)，采用常規(guī)刀具進(jìn)行高速切削往往會附加較多的加工刀具成本。

3.3 建議

通過優(yōu)化數(shù)控加工方案，實現(xiàn)無人干預(yù)是提升加工效率、穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)拍的不二選擇。

4 結(jié)論

通過對不銹鋼軸承座加工工藝的分析及優(yōu)化，制定出一條適合現(xiàn)有條件的高效加工工藝路線，隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，將會有更加高效的加工工藝方案可供選擇。

參考文獻(xiàn)

[1]陳延麗，鄭煜川，劉仕偉.大型泵用不銹鋼軸承蓋精密鑄造工藝改進(jìn)[J].鑄造，2018（10）：75.

[2]杜長全，李寶玉，劉薇.不銹鋼關(guān)節(jié)軸承球面鍍銀工裝改進(jìn)[J].哈爾濱軸承，2014（7）：68.