含硼炭材料的機(jī)加工探索

■方大炭素新材料科技股份有限公司 （甘肅蘭州 730084） 辛向東

含硼炭材料的機(jī)加工探索

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摘要：本文介紹了含硼炭材料在數(shù)控加工中心機(jī)加工過程中，因刀具磨損嚴(yán)重，造成加工成本過高和加工效率低的現(xiàn)狀，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，提出新的加工思路，對刀具重新設(shè)計(jì)制造，并達(dá)到預(yù)期的效果。

含硼炭材料主要制作成含硼炭磚，應(yīng)用于陶瓷堆內(nèi)構(gòu)件的堆體材料。其物理特性主要是硬度高（肖氏硬度可達(dá)85HS）、脆性大，在機(jī)加工過程中對刀具的磨損嚴(yán)重，及易產(chǎn)生崩邊缺陷。

傳統(tǒng)的高爐炭磚因?qū)Τ叽绻詈托挝还钜蟛桓撸始庸げ捎茫轰徢邢铝稀娤鳌ハ鞴に嚕湍苓_(dá)到尺寸和形位要求，但對陶瓷堆內(nèi)構(gòu)件炭磚來說，因設(shè)計(jì)要求達(dá)IT8級，均為異形件，傳統(tǒng)加工工藝已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足，而且在炭磚上有很多孔槽結(jié)構(gòu)，對這些孔槽的形狀和位置均有極高的要求，必須通過數(shù)控加工才能實(shí)現(xiàn)。為此，制定的工藝路線為：鋸切下料→粗銑→粗磨→數(shù)控機(jī)床精銑→精鏜，已在實(shí)際加工中達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1. 問題的提出

陶瓷堆內(nèi)構(gòu)件炭磚的典型零件如圖1所示，其技術(shù)要求是：①未注表面粗糙度值的炭部件Ra=6.3mm。②在炭部件上凡未標(biāo)注的倒內(nèi)圓R=5mm，凡未標(biāo)注的炭磚直角棱邊倒角Zmm，炭部件上外圓和內(nèi)圓直角棱邊倒角為X45°。③未注尺寸公差的炭部件按GB/T1800.3-1998定為IT12級。④未注形位公差的炭部件按GB/T1184-1996定為IT11級。⑤炭磚非直角邊線性尺寸的測量以倒角前的交點(diǎn)或倒圓時(shí)的角邊延長線交點(diǎn)為基準(zhǔn)。

為保證圖1中的對稱度要求，兩個(gè)大斜面的加工在數(shù)控臥銑機(jī)床上加工，加工余量10～15mm，刀具選用f160mm的6刃面銑刀，刀片選用北京沃爾德超硬工具有限公司生產(chǎn)的PCD金剛石刀片，該刀片對普通石墨炭磚有效切深可達(dá)5mm，但對含硼炭磚，在轉(zhuǎn)速n=600r/min，進(jìn)給量f=300mm/r時(shí)，切深最大只能達(dá)到2mm，10～15mm加工量需7次進(jìn)刀加工，而且切削刃磨損非常

嚴(yán)重，轉(zhuǎn)速越高磨損越快，經(jīng)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)，加工這樣的兩塊含硼炭磚，就會(huì)報(bào)廢一組刀片，加工成本非常高（一組刀片價(jià)值5 400元）。由于切削刃的磨損快，為保證加工精度，每塊磚的加工需經(jīng)過2～3次的在線測量，每次更換新刀片還需重新測定刀補(bǔ)，加工準(zhǔn)備和加工輔助時(shí)間將占用整個(gè)加工時(shí)間的30%～50%，效率很低。

圖1

多次和刀具廠溝通，包括加厚金剛石涂層、改變切削刃的切削角度及現(xiàn)場調(diào)整加工參數(shù)等一系列方法，仍然沒有達(dá)到效果。能否找到一種新的加工方法，既能降低加工成本，又能減少加工準(zhǔn)備和加工輔助時(shí)間，并提高加工效率。為此，我們進(jìn)行了探討，并對原加工工藝進(jìn)行了改進(jìn)。

2. 新方法的探索

通過仔細(xì)分析和現(xiàn)場觀察切削刃的磨損情況（見圖2），發(fā)現(xiàn)該磨損為正常磨損，每切削刃的切削厚度：H=1/6（F/S）=1/6 （300/600）=0.083mm

如果增大進(jìn)給或降低轉(zhuǎn)速，則產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象。所以判定切削刃在加工炭磚過程中，實(shí)際上是磨削，且由于高速磨削產(chǎn)生大量磨削熱致使PCD切削刃的耐磨性迅速降低，所以磨損非常嚴(yán)重。

既然分析出切削刃在磨削加工，我們考慮從磨削進(jìn)行改造，選擇炭素行業(yè)加工通用磨塊，設(shè)計(jì)磨盤如圖3所示。

圖2

圖3

該磨盤裝在BT50刀柄上，在數(shù)控加工中心使用，轉(zhuǎn)速n=600r/min，進(jìn)給量f=300mm/r時(shí)，切深可達(dá)4mm，表面粗糙度值、尺寸精度均達(dá)到圖樣要求。當(dāng)轉(zhuǎn)速增至n=900r/min，進(jìn)給量f=600mm/r時(shí)，加工質(zhì)量滿足要求，加工效率提高1/3。

3. 經(jīng)濟(jì)效果分析

該刀具經(jīng)設(shè)計(jì)制造并投入使用，轉(zhuǎn)速設(shè)定在n=900r/min，進(jìn)給量f=600mm/r，切深保持在3mm，已連續(xù)加工含硼炭磚30塊。雖有磨損但由于磨塊本身的自銳性特點(diǎn)，磨損沒有造成工件精度的變化，而且大大減少了員工更換刀片和重新對刀時(shí)間，加工準(zhǔn)備和加工輔助時(shí)間降低到整個(gè)加工時(shí)間的20%左右。預(yù)計(jì)這組磨刀可加工100塊以上的含硼炭磚。這1把刀（磨塊成本5 000元）每年節(jié)約PCD金剛石刀片采購費(fèi)用可達(dá)40萬元。已在我公司其他兩臺加工中心機(jī)床上推廣應(yīng)用，效果顯著。

收稿日期：（20150412）