低溫氨水泵不銹鋼細(xì)長軸車削加工

■四川省攀枝花攀鋼工程技術(shù)有限公司 （四川攀枝花 617000） 周德華

修建分公司機(jī)動工程處機(jī)加作業(yè)區(qū)主要承接攀鋼釩公司主體廠礦加工件的任務(wù)。加工件比較零星、復(fù)雜且多元化，一般都不是大批量的生產(chǎn)加工，各式各樣的加工件皆有，煉鐵廠煤化區(qū)域氨水泵的泵軸就是其中之一。由于氨水具有腐蝕性，所以此泵軸材料選用了316L不銹鋼來延長其使用壽命，長度達(dá)到1 220mm。通常長度與直徑之比L/D ＞2 5時，該軸稱為細(xì)長軸。因為是在臥式車床上進(jìn)行切削加工，要充分考慮臥式車床是否能達(dá)到加工精度，加工好的不銹鋼細(xì)長軸同軸度、圓跳動能否達(dá)到要求，在泵體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時間能否達(dá)到生產(chǎn)檢修周期。

圖1 細(xì)長軸結(jié)構(gòu)

1. 車削過程難點(diǎn)分析

1）細(xì)長軸（見圖1）在車床上旋轉(zhuǎn)時，在離心力及重力的作用下，容易彎曲、振動，剛性差。

2）工件受切削力的作用會產(chǎn)生彎曲變形，跟刀架使用不當(dāng)工件會產(chǎn)生錐度、菱形、腰鼓形、多邊形和竹節(jié)形等問題，導(dǎo)致達(dá)不到工件的精度要求。

3）在切削過程中受熱也會產(chǎn)生變形，特別是不銹鋼材料導(dǎo)熱性差、塑性大、韌性高，相應(yīng)的切削力與切削熱也大，形成了另一個加工難點(diǎn)。

4）由于不銹鋼導(dǎo)熱率低，車刀容易磨損，粘附性強(qiáng)，車削時切屑在刀尖上容易產(chǎn)生積屑瘤，工件不易獲得很好的表面粗糙度，所以在刀具的選擇上要充分考慮。

2. 解決方案

（1）刀具 選用Y G532、YG813硬質(zhì)合金材料，加工不銹鋼時，刀具切削部分的幾何形狀，從前角、后角及卷屑槽型來考慮。為了排屑順利，應(yīng)磨有半徑1.5～3mm的斷屑槽，前角選擇15°～20°最合適。從切削熱的產(chǎn)生和散熱方面來說，增大前角可減小切削熱的產(chǎn)生，切削溫度不會太高。初加工時對切削刀具切削刃口強(qiáng)度要求高，應(yīng)取較小的后角。半精加工時，刀具磨損主要發(fā)生在切削刃和后角上，其后角取6°～8°最合適。精加工時，應(yīng)采用大刃傾角，刃傾角的大小和方向確定了流屑的方向。為了控制積屑瘤的產(chǎn)生，需提高零件表面的質(zhì)量，刃傾角取3°～5°為宜。外圓刀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 外圓刀結(jié)構(gòu)

對刀桿材料的要求：加工不銹鋼時，由于切削力過大，刀桿需有足夠的強(qiáng)度和剛性，以免在切削過程中發(fā)生振顫，采用調(diào)質(zhì)處理過的45鋼即可。三角形螺紋車刀和切槽刀都選用粉末冶金材料，含鈷高速鋼或含鋁超硬高速鋼，用于低速車削。排屑槽半徑最好選擇4～6mm，寬度2mm，這樣排屑更順暢，阻力更小。螺紋刀要使用螺紋樣板，一邊刃磨，一邊檢驗，達(dá)到60°角。

（2）合理采用中心架和三爪跟刀架 當(dāng)中心架支撐在工件的中間位置時，L/D值減少一半，工件的剛性就提高幾倍。將跟刀架固定在大拖板上，可以跟隨車刀移動，抵消徑向切削力，增加工件的剛度，減少變形，從而提高細(xì)長軸的形狀精度并減小表面粗糙度值。一般來說，跟刀架是2只爪，實際使用過程中，工件本身有一個向下的重力，導(dǎo)致工件不可避免地彎曲。因此車削時，工件往往因離心力瞬間離開和接觸支撐爪而產(chǎn)生振動。如果采用3只支撐爪的跟刀架支撐工件，車刀存在頂力，使工件上下、左右都不能移動，車削過程就很穩(wěn)定，不容易產(chǎn)生振動，使用效果優(yōu)于2只支撐爪的跟刀架。在中心架和跟刀架的支撐爪松緊調(diào)節(jié)上要適當(dāng)，太松起不到剛性的作用，太緊則影響工件的形狀精度，車出的工件會呈“竹節(jié)形”，車削過程中要經(jīng)常檢查支撐爪的松緊程度，進(jìn)行必要的調(diào)整。

（3）切削軸類工件熱變形因素的考慮 加工細(xì)長軸時，切削液要供給充分，以降低工件溫度。由于工件較長，線膨脹系數(shù)大，較小的溫度變化都能使其受熱變形伸長，因此不能采用固定頂尖加工，否則會限制工件受熱伸長，造成工件彎曲變形，不能正常車削。采用彈性回轉(zhuǎn)頂尖，當(dāng)工件伸長時，頂尖自動后退，起到補(bǔ)償工件熱變形伸長的作用。

（4）裝夾方法 氨水泵不銹鋼細(xì)長軸的材料選用316L，由生產(chǎn)方自送，直徑60mm。加工過程中為了防止跟刀架與卡盤產(chǎn)生碰觸，經(jīng)過測量計算，坯料的長度要比工件實際長度長350mm左右，從而滿足跟刀架的正常使用。本細(xì)長軸采用一夾一頂?shù)难b夾方法，裝夾過程中要考慮重復(fù)定位的影響，因此我們準(zhǔn)備了3件長度20mm、直徑6mm的材質(zhì)較硬的彈簧鋼筋，橫向墊放在自定心卡盤的每一個卡爪與工件接觸部分之間，裝夾接觸部分為線接觸，可以很好地消除重復(fù)定位的負(fù)面影響，如圖3所示。

圖3 裝夾示意

3. 工藝安排及車削過程

1）先車削坯料端面，打φ 3m m中心孔。裝上跟刀架準(zhǔn)備粗車，轉(zhuǎn)速180r/min，吃刀量2mm，進(jìn)給量0.1mm/r，向卡盤方向車削長45～60mm時，將跟刀架支撐爪與工件已加工表面接觸，先裝外側(cè)爪，后裝上側(cè)爪，再裝下側(cè)爪，松緊適中。將坯料分兩次車削到工件的最大直徑57mm，半精車和精車后，達(dá)到圖1中的最大直徑56mm。在這兩次車削過程中，要檢測有無大小頭，調(diào)試尾座來進(jìn)行控制。

2 ） 將 中 心 架 放 置 于φ57mm、長80mm工件的軸臺階處，也就是分兩段加工，這樣工件的剛性可以增加幾倍。使用中心架時，3個支撐爪的力度要適當(dāng)，讓3個支撐爪與工件已加工表面進(jìn)行磨合，使支撐爪的接觸面光滑整潔，并使用機(jī)油進(jìn)行潤滑冷卻。

3）把工件直徑較小的一頭放置在尾座端（也就是工件右旋螺紋端，稱為右端），工件直徑較大的一端放置在卡盤端（也就是工件左旋螺紋端，稱為左端），先右后左進(jìn)行車削。車削右端時，中心架支撐在工件φ 56mm臺階上；車削左端時，中心架放在右端已粗車完的φ 48mm臺階的最右端，車刀還要裝在刀架的右邊，這樣拖板與中心架經(jīng)過測量后就不會阻擋，在粗加工、半精車、精車及車削螺紋左右端時，中心架都要在工件的這兩處與拖板進(jìn)行相互換位支撐，保證車削正常進(jìn)行。

4）使用90°偏刀，將右端每個臺階粗車至實際尺寸之上，留1mm余量后，進(jìn)行半精車和精車，可用游標(biāo)卡尺測量。每一個臺階的長度留0.5mm精車余量，可使用鋼板尺和深度游標(biāo)卡尺測量。粗車左端時，將90°反偏刀裝在刀架的右邊進(jìn)行反向進(jìn)給車削，外徑留1mm半精車、精車余量，這樣重復(fù)車削每一個臺階，直到工件所有臺階位置、直徑和長度粗車完成。

5）半精車。先半精車任何一端都可以，為了節(jié)約時間，不倒換中心架和拖板，直接開始半精車工件的左端。半精車時，轉(zhuǎn)速可提高到240r/min，吃刀量0.6mm 左右，進(jìn)給量0.1mm/r。把中心架和跟刀架的支撐力度調(diào)整到最佳，使車削過程中無顫動現(xiàn)象。這樣進(jìn)行每一個臺階的半精車，留余量0.4mm精車，同時把工件臺階φ 56mm精車到自由公差，然后精車每一個臺階長度尺寸到要求，用深度游標(biāo)卡尺測量。用同樣的車削方法，半精車工件的右端。

6）一般來說，加工細(xì)長軸溝槽和螺紋時都應(yīng)放在半精車和精車之間，目的是為了在精車后工件不再產(chǎn)生振動現(xiàn)象，以免影響工件的同軸度。先將工件右端的螺紋退刀槽和卡簧槽切好，再切工件左端的螺紋退刀槽和空刀槽。為了減小振動，轉(zhuǎn)速設(shè)定為70r/min，然后精車兩處螺紋公稱尺寸到φ40－0.05－0.10mm，安裝三角形螺紋車刀。由于螺紋的螺距較小，采用中心架支撐在φ 56mm處，用橫向進(jìn)給法車削工件的兩處M40×1.5mm左、右旋螺紋。螺紋尺寸要求：d2=D2=d－0.6 4 9 5 p=40－0.649 5×1.5=39.026（mm），h1=0.5 4 1 3p=0.5 4 1 3×1.5=0.8 1 2（m m），d1=D1=d－1.082 5p=40－1.082 5×1.5=38.376 25（mm）。

7）精車，再一次檢查調(diào)試中心架的松緊，將整個工件冷卻，防止精車后尺寸發(fā)生變化。精車刀其他角度不變，將刀尖修磨為R0.1～R0.2mm的圓弧角，轉(zhuǎn)速提高到320r/min，進(jìn)給量0.05mm/r，這樣可提高工件的表面質(zhì)量，精車時使用外徑千分尺測量。對每一個臺階的外圓直徑精車時，一次不到位可多次車削，直到公差達(dá)到尺寸要求。工件的左右端精車完后，使用銼刀倒角、去毛刺。切斷時不再使用跟刀架，使中心架支撐工件的中心部分低速切削，留有余量使用鋼鋸鋸斷，經(jīng)檢驗工件各部分尺寸達(dá)到要求。

4. 結(jié)語

不銹鋼細(xì)長軸在煉鐵廠煤化區(qū)域氨水生產(chǎn)中是必不可少的，對我們部門來說，在沒有數(shù)控機(jī)床、磨床的情況下，對不銹鋼細(xì)長軸的車削加工比較困難。通過不斷地探索，積累經(jīng)驗，我們制定出了針對性的解決方案，加工出了合格的產(chǎn)品，保證了不銹鋼細(xì)長軸的各項加工精度要求，使用后得到了客戶的高度好評。