普通車床提高不銹鋼加工成品率的技巧
2023-1-4 來源：四川省攀鋼（集團）工程技術(shù)有限公司 作者：周德華
摘要 : 煉鐵廠煤化區(qū)域化產(chǎn)系統(tǒng)多使用的低溫泵系多為多級水泵類，低溫泵軸的精度高，外徑公差小，表面粗糙度要求高。其材質(zhì)為316L 不銹鋼，是精度高、加工難度高的不銹鋼細(xì)長軸，在普通車床切削加工相當(dāng)困難，在車削過程中很容易報廢。為解決加工中的技術(shù)難題，需從以下幾個方面對不銹鋼細(xì)長軸加工輔助機具進行改進。
關(guān)鍵詞 : 細(xì)長軸車削 ; 跟刀架 ; 車床尾部頂針 ; 車刀
煉鐵廠煤化區(qū)域化產(chǎn)系統(tǒng)使用的低溫泵系多為多級水泵類，軸的長度 L =1237mm，最大直徑 D ＝ 30mm，L /D ＝ 1237/30 ＝ 41.23，按車工工藝標(biāo)準(zhǔn)軸的長度與直徑之比大于 20 倍以上的稱為細(xì)長軸。低溫泵細(xì)長軸的精度高（外徑公差 0.02mm，表面粗糙度 1.6μm），并且材質(zhì)為 316L，此材質(zhì)難于加工。在普通車床切削加工相當(dāng)困難，細(xì)長軸在車削過程中很容易報廢，為解決加工中的技術(shù)難題，經(jīng)研究傳統(tǒng)加工方法、歷來的經(jīng)驗，從以下幾個方面對不銹鋼細(xì)長軸加工輔助機具進行改進。
1. 不銹鋼材料的車削特性
在機械加工行業(yè)中，為了保證車削的質(zhì)量和提高工作效益，首先應(yīng)該熟悉和掌握被車削材料的各種性能，以便選擇切削工藝和刀具，不銹鋼材料的車削特征表現(xiàn)是 :
（1）塑性大，韌性高，切削變形大，相應(yīng)的切削力與切削熱也大。
（2）導(dǎo)熱率低，約為普通鋼的 1/2~1/3，切屑帶走的熱量少，因此車刀的溫度很高，車刀快速損。
（3）粘附性強，車削時切屑在刀尖上容易產(chǎn)生積屑瘤，工件不易獲得較好的表面粗糙度。
（4）加工表面容易產(chǎn)生冷硬現(xiàn)象加劇車刀磨損。由于韌性大，切屑不易折斷與卷曲，容易堵塞切屑流出。
2. 改進方案
針對不銹鋼材料性能與車削加工困難和特點，從以下幾個方面進行改進。
（1）刀具材料選擇。首先選用硬度高，抗粘附性能好，強度好的刀具材料，如 TW1/YW2 硬質(zhì)合金刀片，有較好的韌性，能承受較大的沖擊力與切削力，而且抗拒粘附性能也較好。
圖 1 車刀角度示意圖
（2）車刀幾何形狀的選擇。加大外圓車刀的前角，車削鋼件車刀的前角為 5° ~8°左右，車削不銹鋼車刀的前角加大約為 10° ~15°，如圖 1所示。前角增大使切屑卷曲產(chǎn)生足夠的容屑空間，使切屑排除流暢。但是為了切削輕快加大了前角，會影響車刀的受力強度。為了增強車刀刃口位置的強度，采取磨有 0.5~0.8mm 的倒棱辦法來補償車刀刃口的強度。
（3）切削速度的選擇。不銹鋼細(xì)長軸的剛性差，所以切削速度不能太高，30~60m/min，普通鋼可高一些。
（4）冷卻潤滑劑的選擇。不銹鋼韌性大，難以切削，要選用抗粘附性與散熱性好的冷卻潤滑液，降低切削力，從而提高了切削質(zhì)量與刀具的使用壽命。
3. 跟刀架的改進
車床跟刀架是徑向支撐旋轉(zhuǎn)工件的輔助裝置 , 加工時 , 與刀具一起沿工件軸向移動。兩卡爪跟刀架的結(jié)構(gòu) : 跟刀架（見圖 2）由跟刀架體、調(diào)節(jié)手柄、固緊螺釘、卡爪組成。跟刀架主要在車削細(xì)長軸與長絲桿時使用，跟刀架體是固定在車床大拖板上，跟隨在車刀的后面，車削時工件受到車刀的切削力，工件將產(chǎn)生變形時，跟刀架的卡爪緊貼住工件，起著控制工件變形的作用，從而可以提升工件的形狀精度和表面粗糙度。
圖 2
常規(guī)車床加工使用的跟刀架只有兩個卡爪，從跟刀架的設(shè)計原理來看只需兩個卡爪就可以滿足要求，車削時車刀給工件的切削力 P。
工件的表面就貼在跟刀架的兩只卡爪上，但是在車削的過程中，細(xì)致觀察手握手柄，感受到工件有振動，分析其原因是 : 工件本身存在向下的重力 Q，工件也免不了有些彎曲。當(dāng)車削時，工件轉(zhuǎn)動中由于離心力的作用，工件時而離開卡爪，時而接觸卡爪的現(xiàn)象。這種振動現(xiàn)象對細(xì)長軸的加工精度有很大的影響，車出來的軸產(chǎn)生竹節(jié)形兩頭大小不一致，還形成錐度的外圓表面光潔度較差，因而車出來的軸不能使用，只好報廢。
為了解決工件的振動現(xiàn)象，需對跟刀架進行改進。把原來的兩卡爪跟刀架改為三卡爪跟刀架，如圖 3 所示。
圖 3
使用改進后的三卡爪跟刀架車削時，上下左三個方向受到三個卡爪的控制，右方向有車刀抵住，這樣工件在上下左右都不能振動，消除了工件振動現(xiàn)象，使細(xì)長軸能穩(wěn)定順利地進行車削加工，加工精度表面粗糙度與錐度誤差基本上能達(dá)到圖紙上標(biāo)注的技術(shù)要求，加工件的成品率達(dá)100％。
4. 車床尾部頂針的改進
在車削加工細(xì)長軸時，細(xì)長軸本身剛性較差，車削時如果裝夾不當(dāng)，很容易因切削力及重力作用而彎曲變形，產(chǎn)生振動，從而使精度降低，表面粗糙度變差。所以需對車床尾部頂針進行必要的改進。
頂針是車削軸類工件特別是車細(xì)長軸時不可缺少的部件，安裝在車床尾架上。頂針的作用是在夾緊工件時，從車床尾部將工件頂住一端，以便實現(xiàn)車削工藝。
普通頂針在軸線方面從車床尾部將工件頂住固定后，沒有伸縮調(diào)整的余地，在車削過程中由于工件受熱產(chǎn)生熱變形伸長，根據(jù)熱變形伸長公式 :
L =alt
式中，L 為工件熱變形伸長量（mm）;a 為材料熱膨脹系數(shù)，鋼 a =11.50×10;l 為工件的總長度（mm）;t 為工件升高的溫度。
從上述公式中可以看出伸長量與工件的長度，工件熱膨脹系數(shù)與工件的溫升有關(guān)。在車削加工短軸類零件由于熱變形伸長量小，工件剛度不易變形彎曲，可以不必考慮。但是車削加工細(xì)長軸零件時，由于工件長度大，熱變形伸長量大，剛度低。如果頂針固定后沒有伸縮調(diào)整的余地，工件就會被頂彎，車削加工就很難進行，也容易出廢品。為此將普通頂針改進為彈簧頂針（如圖4 所示）。
圖 4
改進后的彈簧頂針的結(jié)構(gòu)由頂針體、莫氏圓錐體（與車床尾部架套筒相配合）、頂針、彈簧等組成。
使用改進后的頂針在車削過程中，當(dāng)工件受熱變形時，工件推動頂針彈簧被壓縮補償了工件的伸長量，這樣就不會頂彎，從而保證了車削加工的順利進行。
5. 結(jié)語
經(jīng)過生產(chǎn)實踐證明，通過跟刀架與車床尾部頂針的改進，有效地解決了不銹鋼細(xì)長軸車削時的振動現(xiàn)象，補償了熱變形伸長量，有效地控制了細(xì)長軸的彎曲度，保證了車削加工的順利進行。
通過車刀的材質(zhì)與幾何形狀的改進，以及切削速度與冷卻潤滑液的合理選擇，使切削輕快。使用大前角車刀適用于不銹鋼細(xì)長軸的粗車與半精車，比原來提高功效 3 倍左右，車削加工非常順利，提高了加工質(zhì)量與效率，延長刀具使用壽命，工件尺寸精度與表面光潔度能達(dá)到技術(shù)要求。
在數(shù)控技術(shù)橫行的時代，普通機床在制造行業(yè)也是必不可缺的，世界流行的各大名車、名表都還保留著傳統(tǒng)的純手工制作。謹(jǐn)以此文為廣大同行借鑒交流，筆者水平有限如有不當(dāng)之處還敬請批評和指正。
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