低溫氨水泵不銹鋼細(xì)長軸車削加工

使用CY6140-B型臥式車床,，完成了對煉鐵廠煤化區(qū)域氨水泵不銹鋼細(xì)長軸的車削,，達(dá)到了客戶的使用要求,，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行,。

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＞25時，該軸稱為細(xì)長軸,。因?yàn)槭窃谂P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。

1,、不銹鋼細(xì)長軸車削過程難點(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。

圖1細(xì)長軸結(jié)構(gòu)

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YG532,、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(yàn),，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(shí)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(jì)算，坯料的長度要比工件實(shí)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,。

3,、工藝安排及車削過程

1）先車削坯料端面，打φ3mm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φ56mm臺階上；車削左端時,，中心架放在右端已粗車完的φ48mm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(shí)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φ56mm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,，－0.10）mm,，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φ56mm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－0.649 5p=40－0.649 5×1.5=39.026（mm）,，h1=0.541 3p=0.541 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(yàn)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(yàn),，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(xiàng)加工精度要求,，使用后得到了客戶的高度好評。

本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2020年第12期第45~47頁,，作者：四川省攀枝花攀鋼工程技術(shù)有限公司周德華,，原標(biāo)題：《低溫氨水泵不銹鋼細(xì)長軸車削加工》,。

來源：賢集網(wǎng)