熱軋帶肋鋼筋高速鋼軋輥橫肋槽高效加工改進(jìn)措施

和文云

（昆明工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 云南安寧 650302）

1 引言

昆鋼 HRB帶肋鋼筋軋制采用離心復(fù)合鑄造的高速鋼軋輥，軋輥具有芯部韌性高，工作層強(qiáng)度高，工作面耐磨性好等特點(diǎn)，在螺紋鋼軋制中得到廣泛的應(yīng)用。而高速鋼軋輥輥身硬度達(dá) HSD75～80，輥身硬度高，切削加工難度大，特別是高速鋼軋輥橫肋槽加工數(shù)量多，加工方式單一，刀具結(jié)構(gòu)受限等影響，軋輥橫肋槽加工是軋輥生產(chǎn)的瓶頸，很多成品輥需要外購(gòu)。本文以加工數(shù)量較多的 Φ380×780-Φ16帶肋鋼高速鋼軋輥單頭橫肋槽為例，通過(guò)數(shù)控程序調(diào)整不同加工深度的進(jìn)給量，提高刀具系統(tǒng)剛性，改進(jìn)切削刀具，減少輔助時(shí)間等措施提高了高速鋼軋輥橫肋槽的加工效率，減少公司外購(gòu)軋輥數(shù)量，降低生產(chǎn)成本，保證帶肋鋼筋的生產(chǎn)。

2 XK8450HD數(shù)控銑床加工橫肋槽方法

2.1 Φ16帶肋鋼軋輥橫肋槽加工基本參數(shù)確定

為了輔助軋輥橫肋槽數(shù)控編程，根據(jù) GB/T 1499.2-2018及帶肋鋼產(chǎn)品要求確定橫肋槽加工參數(shù)。橫肋槽的幾何尺寸如圖1。

圖1 橫肋槽加工幾何尺寸

圖1中：R為孔型半徑；b為橫肋頂寬；h為橫肋高；L為橫肋間距；β為橫肋與軸線夾角；α為橫肋斜角；ρ為月牙槽圓弧角；ψ為刀具空程角；η為軋輥分度角；θ為軋輥工作角；δ為軋輥空程角；λ為橫肋螺旋升角。

2.1.1 確定橫肋槽數(shù)

橫肋槽數(shù)計(jì)算公式：

式中：D輥徑，取D=380mm；L1為橫肋間距，取產(chǎn)品圖紙要求尺寸；S為輥縫寬，根據(jù)調(diào)整要求S=1.8mm，代入數(shù)值計(jì)算得：

2.1.2 驗(yàn)算間距

間距計(jì)算公式：

代入數(shù)值計(jì)算得：

結(jié)論：確定Φ380軋輥橫肋槽數(shù)n=111；橫肋間距L=10.36，橫肋間距符合要求。當(dāng)軋制產(chǎn)品橫肋參數(shù)、軋輥外徑、輥縫尺寸改變，同樣應(yīng)用式（1）、式（2）計(jì)算橫肋數(shù)和橫肋間距。Φ16帶肋鋼高速鋼軋輥橫肋槽加工基本參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 Φ16帶肋鋼高速鋼軋輥橫肋槽參數(shù)表

其中：橫肋頂寬b和橫肋斜角α由成型刀具直接決定。

2.1.3 確定軋輥和刀具運(yùn)動(dòng)關(guān)系

橫肋槽加工有兩種常用的方式，一是用成型指狀銑刀加銑頭擺動(dòng)單個(gè)完成橫肋槽加工，二是采用軋輥分度旋轉(zhuǎn)加飛刀數(shù)控插補(bǔ)連續(xù)加工橫肋槽[1]，兩種方法各有優(yōu)劣，但第二種方法可實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工，加工效率高，刀具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是目前加工軋輥橫肋槽最常用的方法。云南昆鋼重型裝備制造集團(tuán)使用XK8450HD數(shù)控銑床采用第二種加工方法。根據(jù)橫肋槽加工參數(shù)，確定軋輥每旋轉(zhuǎn) 1個(gè)分度角η，切削刀具旋轉(zhuǎn)1周，完成一次切削加工。軋輥分度角η=θ+δ；刀具旋轉(zhuǎn)1周=ρ+ψ，確定了軋輥和刀具運(yùn)動(dòng)關(guān)系如圖2所示。由此可以計(jì)算軋輥橫肋槽加工的切削速度、軋輥和刀具運(yùn)動(dòng)關(guān)系，切削速度計(jì)算結(jié)果是數(shù)控編程主要依據(jù)。

圖2 軋輥和刀具運(yùn)動(dòng)關(guān)系

3 數(shù)控加工編程及改進(jìn)措施

XK8450HD數(shù)控銑床是飛刀切橫肋槽機(jī)構(gòu)與銑頭擺動(dòng)刻字一體化軋輥橫肋槽加工機(jī)床，可實(shí)現(xiàn)橫肋槽和商標(biāo)、文字、圖案加工[2]。XK8450HD數(shù)控銑床采用西門子SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)，可通過(guò)調(diào)用子程序編程加工橫肋槽，同時(shí)系統(tǒng)也提供了加工橫肋槽宏程序。宏程序加工編程只要在主程序輸入軋輥橫肋槽參數(shù)，數(shù)控機(jī)床通過(guò)內(nèi)部宏程序自動(dòng)計(jì)算和配比切削速度，實(shí)現(xiàn)軋輥橫肋槽加工，大大節(jié)約了編程時(shí)間，宏程序加工軋輥橫肋槽是目前主要的編程方法。

在使用SINUMERIK 828D數(shù)控系統(tǒng)宏程序過(guò)程中，原程序N100 R131=(0.07) N1120 R141=(23)，切削深度一直采用一個(gè)固定值ap=0.07，總共要 23次進(jìn)給，存在加工起始階段沒(méi)有發(fā)揮機(jī)床效率，成型加工階段切削刀具三面吃刀，吃刀深度大而刀具磨損快的問(wèn)題，成型加工階段換刀頻次增加，加工效率低。經(jīng)過(guò)對(duì)程序改進(jìn)，在開(kāi)始加工階段采用較大切削深度和成型加工階段較小的切削深度來(lái)提高加工效率[2]，以Φ380X780-Φ16帶肋鋼軋輥橫肋槽加工為例，程序修改后，只需21次進(jìn)給可完成一個(gè)孔橫肋槽加工，加工較修改前時(shí)間節(jié)約了40分鐘，整個(gè)軋輥全部孔橫肋槽加工節(jié)約時(shí)間8小時(shí)以上，改進(jìn)程序后加工效率提高效果明顯。具體編程和修改程序如下所示：

帶肋鋼筋軋制需一對(duì)橫肋槽旋向相反的軋輥軋制，以上程序加工的是不跳槽不刻字的橫肋槽軋輥，需要刻字及商標(biāo)的軋輥橫肋槽加工程序 R206賦值為 1，改變橫肋槽旋向，根據(jù)產(chǎn)品圖紙要求，給R211-R230賦值進(jìn)行跳槽，預(yù)留刻字和商標(biāo)的位置，其它尺寸軋輥編程加工方法類似。

4 刀具的改進(jìn)

4.1 刀桿的改進(jìn)

軋輥橫肋槽刀具有焊接整體式飛刀和分體式安裝兩種，整體式剛性好，但無(wú)法更換刀頭，無(wú)法重磨刀頭，造成刀桿和刀頭的浪費(fèi)。Φ8以上帶肋鋼軋輥橫肋槽加工都采用分體式刀具，便于更換刀頭，實(shí)現(xiàn)刀頭重磨和刀桿重復(fù)使用，有效降低刀具成本。加工橫肋槽刀具裝配如圖3所示。

圖3 橫肋槽刀具裝配圖

在軋輥橫肋槽加工中，徑向切削力Fp不消耗功率，但Fp是校驗(yàn)刀桿剛度的必要依據(jù)，是刀桿直徑設(shè)計(jì)重要依據(jù)。在刀桿材料、支撐等不變和無(wú)干涉的條件下，要盡量增加刀桿直徑來(lái)提高刀具的剛性。通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)，加工Φ16帶肋鋼筋軋輥橫肋槽刀桿直徑從Φ10改至Φ12，原調(diào)整刀具徑向尺寸孔改進(jìn)設(shè)計(jì)為螺紋孔，刀頭尾部直接用螺栓頂住，在刀具磨損重磨后，不再使用銅皮等墊在安裝孔內(nèi)，提高了刀具系統(tǒng)的剛性。刀桿通過(guò)三維軟件SolidWorks建模后，再用Simulation軟件輸入刀桿材料、刀桿尺寸，加載了徑向切削力負(fù)載等參數(shù)，對(duì)刀桿剛性進(jìn)行分析對(duì)比，改進(jìn)后的刀桿剛性有所提高，為高效加工提供了條件，結(jié)果如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后刀桿

4.2 切削刀具選型優(yōu)化

本次加工的高速鋼軋輥表面硬度達(dá) HSD75以上，加工難度大，云南昆鋼重型裝備集團(tuán)軋輥橫肋槽刀具一直采用零前角的硬質(zhì)合金刀頭，刀具磨損快，需要頻繁換刀和重磨。通過(guò)對(duì)軋輥切削加工及刀具研究，結(jié)合機(jī)床使用手冊(cè)，在切削參數(shù)和刀具尺寸沒(méi)有變化的情況下，通過(guò)改變刀具材料改變加工條件（見(jiàn)表2），通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)了更換刀具材料加工軋輥效率對(duì)比表，結(jié)果如表3所示。

表2 Φ16mm帶肋鋼筋軋輥橫肋槽銑削參數(shù)

表3 更換刀具材料加工對(duì)比表

軋輥橫肋槽加工最終選用硬質(zhì)合金刀體加焊接PCD刀片，型號(hào)為CDW302，PCD刀頭如5所示。PCD單件刀具價(jià)格較硬質(zhì)合金刀具高，但PCD刀具加工橫肋槽數(shù)量較硬質(zhì)合金多得多，刀具成本反而降低，刀具耐用度增加，輔助時(shí)間減少，提高了加工效率。

圖5 PCD刀頭

5 輔助時(shí)間優(yōu)化

云南重型裝備制造集團(tuán)加工軋輥橫肋槽加工換刀采用手工臨時(shí)重磨更換調(diào)整的方式，刀頭前刀面相對(duì)于刀桿軸線角度靠壓刀桿前端角度保證，刀頭旋轉(zhuǎn)角度和回轉(zhuǎn)半徑均通過(guò)目測(cè)的方式確定，導(dǎo)致角度尺寸和線性尺寸測(cè)量不準(zhǔn)確，換刀效率低下，刀片空間位置精度無(wú)法保證，每次換刀后加工橫肋槽糟型不一致，影響到帶肋鋼產(chǎn)品外觀質(zhì)量，甚至出現(xiàn)撞刀或者空行程過(guò)長(zhǎng)等情況。通過(guò)對(duì)操作人員指導(dǎo)，采用在數(shù)控機(jī)床加工期間，使用偏擺儀和固定尺寸的專用百分表表座，通過(guò)刀桿裝刀孔后螺釘，調(diào)整刀頭尺寸，每次安裝刀頭的回轉(zhuǎn)半徑相同，保證了橫肋槽加工尺寸一致性，換刀時(shí)直接把已準(zhǔn)備好的刀具換上使用，節(jié)約重磨、對(duì)刀、修改程序等輔助時(shí)間，避免撞刀或空行程長(zhǎng)的問(wèn)題，保證了橫肋槽加工精度和穩(wěn)定性，刀頭安裝示意如圖6所示。在安裝刀頭壓緊前，通過(guò)萬(wàn)能角度尺，檢驗(yàn)刀頭前刀面與刀桿軸線等于橫肋槽螺旋升角，保證加工中刀頭切削刃始終和待切面垂直，避免啃刀，保證加工槽型質(zhì)量和安全。

圖6 刀頭安裝示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)高速鋼軋輥橫肋槽參數(shù)計(jì)算和加工原理分析，優(yōu)化了數(shù)控加工程序，增加刀桿直徑提高了刀具系統(tǒng)剛性，減少換刀、對(duì)刀等輔助時(shí)間，數(shù)控機(jī)床停機(jī)時(shí)間減少，加工效率大幅提升；人工、電耗、刀具等各類消耗相應(yīng)降低，實(shí)現(xiàn)了帶橫肋槽軋輥高效穩(wěn)定生產(chǎn)，昆鋼成品輥對(duì)外依賴度降低，促進(jìn)了效益提升。