橡膠軋輥深孔加工工藝研究

■中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司 ■張貴敏 孫熙釗 劉振立 何彥杰 馬曉龍

■軋輥復(fù)合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （河北邢臺(tái) 054025）

1. 橡膠軋輥結(jié)構(gòu)及加工難點(diǎn)分析

橡膠軋輥是橡塑機(jī)械行業(yè)的重要部件。隨著行業(yè)的發(fā)展，橡膠軋輥采用周邊冷卻水孔的設(shè)計(jì)，包括直孔、斜孔和交叉孔等，最大長徑比達(dá)71，屬于深孔加工。深孔加工是一種難度較大的加工技術(shù)，加工時(shí)存在深孔鉆刀具細(xì)長、剛性差，冷卻困難和切屑不易排出等問題，不能直接觀察刀具切削情況。

橡膠軋輥在工作時(shí)對(duì)輥面的溫度均勻性有一定要求，為使溫差盡量減少，軋輥的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)采用沿圓周均布的直孔和斜孔，工作時(shí)通入介質(zhì)對(duì)輥面實(shí)現(xiàn)冷卻或加熱。這種結(jié)構(gòu)的橡膠軋輥目前已成為冷鑄輥筒結(jié)構(gòu)改進(jìn)的方向。橡膠軋輥結(jié)構(gòu)的改進(jìn)無疑給加工制造帶來了困難，因?yàn)檫@些小孔的位置正處于接近白口層的麻口部分，材料較硬且不均勻，孔徑小又貫通輥面全長，如圖1、圖2所示。

2. 深孔加工的特點(diǎn)

深孔加工屬于機(jī)械加工的范疇，分析深孔加工的特點(diǎn)，才能更好地選擇不同的加工方法。與普通孔加工相比，深孔加工的特點(diǎn)及難點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

1）鉆孔時(shí)不能直接觀察刀具的切削狀況，工作過程中只能憑借聽聲音、看切屑和摸振動(dòng)感等現(xiàn)象來判斷切削過程是否正常。

2）孔的長徑比大，鉆桿細(xì)而長，剛性低、易振動(dòng)，鉆孔易走偏，因此，支撐及導(dǎo)向十分重要。

3）切削熱不易散出，工作條件惡劣，必須采用有效的冷卻方式。

圖1 橡膠軋輥整體

圖2 輥身端面視圖

4）深孔鉆桿受孔徑的限制，直徑小、長度大，造成剛性差、強(qiáng)度低，切削時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)、波紋和錐度，從而影響深孔的直線度和表面粗糙度。

5）刀具散熱條件差，切削溫度升高使刀具壽命降低。

3. 深孔結(jié)構(gòu)分析

橡膠軋輥為高鎳鉻軋輥，成品質(zhì)量為6 568kg。這種鉆孔式橡膠軋輥是在輥身工作表面下方沿軸向開設(shè)若干小直徑圓孔道，同時(shí)再加工斜向孔道使圓孔中心空腔相通。軋輥兩端面的孔眼用密封蓋板擋住以形成循環(huán)通路，一般斷面由3～5個(gè)鉆孔組成一個(gè)循環(huán)孔組合。文中所述軋輥中心位置有φ90～φ150mm的階梯中心通孔，輥身有24個(gè)φ 30mm、長度為2 130mm的直孔，孔徑小又貫通輥面全長。輥身兩端各分布8個(gè)φ25mm斜孔，角度跟中心軸線成35°，斜孔跟中心通孔相連，兩個(gè)φ 30mm直孔之間分布φ25mm交叉小斜孔。

根據(jù)橡膠軋輥的結(jié)構(gòu)，來分析深孔加工的工藝流程。因?yàn)樯羁足@削是一道比較費(fèi)工且又容易產(chǎn)生意外（如斷鉆頭或孔偏斜）的工序，因此在軋輥的全部加工過程中，必須考慮工藝經(jīng)濟(jì)合理。主要加工工序安排為：粗車各部留余量→精車各部留磨量，各部臺(tái)階和端面槽加工完成→車端面和止口→鉆中心通孔→鉆深孔及斜孔→鉆端面絲孔及攻螺紋→ 裝配附件→試水壓→磨工作面及軸頸。

4. 鉆孔時(shí)軋輥的定位

橡膠軋輥深孔加工對(duì)于我公司來說尚屬首次，深孔結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，沒有專門的機(jī)床，須依靠現(xiàn)有設(shè)備，對(duì)深孔結(jié)構(gòu)軋輥的安裝和找正需要采取一定的措施。

軋輥的定位安裝，由于加熱冷卻孔是在輥筒工作面的同心圓上分布的，所以以軋輥的輥身做定位基準(zhǔn)面較為適宜。軋輥放在兩個(gè)托輪上，未壓緊時(shí)，可在托輪上回轉(zhuǎn)，當(dāng)確定鉆孔位置對(duì)準(zhǔn)鉆頭后可用壓板壓緊，為了防止工件在鉆孔時(shí)產(chǎn)生軸向移動(dòng)，在軋輥端面需放置一個(gè)定位塊。軋輥的水平位置定位是依靠鉆桿軸線找正，工件與托輥一起移動(dòng)，直至工件軸線與鉆桿軸線相互平行。軋輥的前后高度位置定位是依靠工作臺(tái)面找正，使用劃針盤前后探測(cè)軋輥高度，利用托輪可調(diào)整輥筒軸線達(dá)到與工作臺(tái)平行。另外，不同規(guī)格的輥筒，其與鉆桿的相互位置也不相同，在找正上述平行位置的同時(shí), 還應(yīng)使鉆桿軸線處于輥筒孔的分布圓周上。

5. 輥身直孔深孔加工

輥身沿圓周分布2 4 個(gè)φ30mm、長度為2 130mm的直孔，孔徑小又貫通輥面全長，長徑比達(dá)到71，經(jīng)過分析，工件的直孔采用槍鉆（見圖3）雙向鉆孔加工，先加工一側(cè)孔到一定深度，再調(diào)頭加工另一側(cè)孔至鉆通。為防止引起應(yīng)力集中，每孔錯(cuò)位100mm相通。加工時(shí)工件靜止，刀具旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行軸向進(jìn)給，每加工完一孔，通過鉆模進(jìn)行分度，直至24個(gè)孔完全加工好。這樣做有以下優(yōu)點(diǎn)：①雙向鉆孔減小了鉆孔深度，大大減小了鉆孔時(shí)常見的引偏程度。②工件體積、質(zhì)量較大，加工時(shí)靜止有利于簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，減小機(jī)床的體積和質(zhì)量。槍鉆材質(zhì)為硬質(zhì)合金，轉(zhuǎn)速70～100r/min，進(jìn)給量0.06～0.1mm/r。

圖3 槍鉆

具體的鉆孔工藝如下：

1）劃線。先劃出十字中線，然后再按15°分孔距保證φ30mm孔距間44.57mm尺寸。

2）使用5m深孔鉆機(jī)床。先找出工件下方φ 30mm孔與主軸的中心高，然后用百分表測(cè)量輥頸圓度，控制在0.02mm以內(nèi)，縱向控制在0.02mm/200mm以內(nèi)。

3）找正確認(rèn)無誤后，先用長1 000mm的槍鉆鉆至500mm后，再用2 000mm的槍鉆鉆通。

4）轉(zhuǎn)速控制在70～100r/min，進(jìn)給量0.06～0.1mm/r（可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整）。

5）輥身φ30mm×2 130mm直孔采用雙向調(diào)頭鉆孔，每孔錯(cuò)位碰頭方式聯(lián)通（錯(cuò)位100mm）。

6. 輥身端面φ25mm斜孔的加工

在輥身每一側(cè)需加工8個(gè)φ 25mm斜孔（35°）、16個(gè)φ 25mm斜孔（空間角度70°，兩兩相通），這些兩側(cè)的孔系構(gòu)成橡膠軋輥工作時(shí)冷卻系統(tǒng)的通道。

從φ 30mm 軸向通孔端部加工φ25mm 斜孔（包括8 個(gè)φ25mm和16個(gè)φ25mm孔兩類）是橡膠輥孔系加工中的難點(diǎn)，在準(zhǔn)確的位置加工精確角度的斜孔是橡膠軋輥加工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

目前行業(yè)內(nèi)的普遍做法是使用數(shù)控鉆床，如德國西馬克（SMS）公司生產(chǎn)的數(shù)控深孔鉆床，可實(shí)現(xiàn)高精度鉆孔。我公司之前無生產(chǎn)橡膠輥的任何經(jīng)驗(yàn)，也無專用設(shè)備，目前公司擁有普通搖臂鉆床（見圖4），為最大限度地降低生產(chǎn)成本，利用現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)了橡膠輥斜孔的加工。

圖4 普通搖臂鉆床

支撐橡膠輥的設(shè)備為普通V形砧鐵，如圖5所示。

圖5 普通V形砧鐵

加工過程為：輥身軸向的24個(gè)φ 30mm的通孔在槍鉆上加工完畢之后，將橡膠輥吊運(yùn)至搖臂鉆床旁邊的V形砧鐵上水平固定。將φ 25mm麻花鉆頭裝入搖臂鉆床的刀柄內(nèi)，并調(diào)整搖臂鉆的鉆頭位置及角度，在劃線位置處鉆孔。

具體工藝如下：

1）為保證斜孔的角度，將托架擺成35°。

2）將軋輥放在托架上，左側(cè)輥身端面與托架端面放穩(wěn)。

3）按軋輥軸頸端面的中心線吊線，找正垂直，然后將工件壓緊。

4）將工裝固定在φ30mm直孔內(nèi)，用吊線法找正垂直，固定牢固，不要用力過大。

鉆孔過程中，在將要和直孔打通前的一定距離（如30mm），一定要采用2～3r/min的低轉(zhuǎn)速，以免損傷鉆頭。斜孔加工如圖6所示。

圖6 斜孔加工

在加工斜孔時(shí)制作了導(dǎo)向套（見圖7），在φ 30m m軸向孔孔口內(nèi)壁處加工與其角度為35°的φ 25mm長斜孔和空間角度為70°、兩兩相通的φ 25mm短斜孔時(shí)，由于鉆孔定位面同鉆頭不垂直，用鉆頭直接鉆孔時(shí)很難定位，效率極低，且很容易造成鉆桿來回?cái)[動(dòng)，導(dǎo)致φ 30mm孔口研傷。使用該導(dǎo)向套可精確定位φ 25mm長斜孔、短斜孔鉆孔位置，精確完成φ 25mm斜孔加工，有效避免φ 30mm孔口研傷。在加工φ 30mm軸向通孔孔口處的φ 25mm斜孔時(shí)，能防止鉆頭來回?cái)[動(dòng)，保證φ 25mm斜孔的位置和方向，提高鉆頭定位準(zhǔn)確性和速度。

利用該導(dǎo)向套實(shí)現(xiàn)了φ30mm軸向通孔內(nèi)加工φ25mm斜孔時(shí)鉆頭的精確定位，順利實(shí)現(xiàn)了φ 25mm斜孔的加工，提高了加工效率，同時(shí)有效避免了φ 30mm軸向孔孔口被鉆頭研傷。

圖7 導(dǎo)向套

采用這種加工設(shè)備和方法，可實(shí)現(xiàn)橡膠輥輥身端面處8 個(gè)φ 25m m斜孔（35°）、16個(gè)φ 25mm斜孔（空間角度70°，兩兩相通）的加工。

7. 水壓測(cè)試

經(jīng)過前期車、磨、鏜和鉆孔工序后，對(duì)成品橡膠軋輥（見圖8）進(jìn)行水壓測(cè)試（見圖9）：軋輥水平放置，將密封墊、端蓋擰緊，中心通孔兩端堵頭堵死，在字端端面中心入水，非字端端面出水，先進(jìn)行排氣，待空氣排出后，進(jìn)行升壓，壓力升至1.06MPa（見圖10），保壓20min，沒有漏水、滲水和降壓現(xiàn)象。

圖8 成品橡膠軋輥

圖9 水壓測(cè)試

圖10 水壓測(cè)試表

8. 結(jié)語

此種結(jié)構(gòu)的橡膠軋輥深孔加工在我公司尚屬首次，加工難度大，沒有專用機(jī)床，通過工藝工裝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了深孔加工，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，提升了深孔加工能力，擴(kuò)大了市場(chǎng)。該加工方法實(shí)用性強(qiáng)，可供同行參考和推廣使用。