深孔不銹鋼工件加工工藝的改進

華偉

摘要：本文著重分析了不銹鋼深孔的工藝特點，為了保證不銹鋼深孔的加工精度，提高加工效率，節約生產成本，對不銹鋼深孔的加工工藝進行改進。對其中的刀桿進行更新設計，合理選擇刀具的幾何參數及切削用量，探索在普通車床上不銹鋼深孔的加工方法，減少切削振動，降低加工成本，使產品質量符合要求，解決加工中的關鍵問題。

關鍵詞：不銹鋼深孔；車削加工工藝 ；刀桿

1 引言

因為江蘇華綸化纖機械廠是我國生產化纖機械產品的重點企業。多年從事20000T以下化纖后處理生產線、高強高模生產線、碳纖維原絲生產線等設備制造。采用材料大部分是耐酸防腐的高級不銹鋼，設備大，造價昂貴。在加工過程中一旦出現質量問題，損失巨大，在加工零配件時，易出現公差、精度、形位誤差等問題，造成了大量的廢品，同時造成了巨大的經濟損失。為了節約生產成本，節約能源，只能在現有的設備和工藝上改進。在保證產品加工精度，提高加工效率的基礎上對不銹鋼中間套的切削加工工藝和所用刀具進行了新的改進。

2 不銹鋼深孔的加工工藝分析

從中間套結構可以看出，該零件加工屬于薄壁深孔加工，對加工過程和工藝要求比較高，要加工出符合規格要求的產品，需要選擇合理的工藝線路和加工方法。

圖1為化纖機械產品中的一個重要的零件——中間套，該產品的加工難點和存在的客觀原困：

（1）由于中間套孔深，因而刀排的剛性比較差，加工時的排屑和冷卻潤滑液的進給都比較困難。

（2）中間套孔壁比較薄，容易引起裝夾變形，并且在加工時容易引起振動。

（3）中間套材料硬而韌，加工性較差，難以達到較低的粗糙度，圍繞這些困難，并總結以往的失敗原困，只能從刀具、裝夾，切削方法和冷卻潤滑液等方面著手進行了過細的試驗摸索。

3 改進措施

3.1 刀桿的設定

由于工件的深度過長（850mm），使鏜刀桿的伸出長度很長，導致了鏜桿的鋼性減弱、切削時容易引起振動，產生抗力嚴重影響工件的表面質量，所以要對刀具的幾何參數、切削用量，進給方向、潤滑冷卻液的使用，進行合理的選擇：

（1）刀桿材料應選用鋼性較高的優質45#鋼、再進行調質熱處理使刀桿的彈性強度增強。

（2）鏜桿加工成組合式，分刀體和刀桿兩部分，一是便于裝卸，二是便于加工中間的油孔。

（3）為了能使鐵屑順利排出，不在孔中滯留，在刀桿引導套后端10mm內鉆兩排小孔。

（4）在刀體上開一寬16（+0.03）mm，長30（+0.03）mm的長方孔，位置在刀體引導套后端20mm外。

3.2 鏜桿的連接

鏜桿一般用刀具夾持器與車床連接，本例為了減少刀具的振動，故設計將小拖板和刀架拆除，用自制刀座直接將刀桿裝在中拖板上減少了中間固定環節，提高了刀桿和車床的連接剛度。鏜孔刀具結構的圖樣如下圖。

圖2 鏜孔刀具結構

3.3 刀具材料的選擇

刀片材料選用了強度高、熱硬性好、耐磨性好的鎢鈦鉭鈷類、硬質合金YW1。

3.4 刀具的幾何角度

3.4.1 前角r。的選擇

r。的選擇直接影響切削負荷和加工表面的質量，影響車刀的強度和耐磨性，一般說加工塑性材料時，應選擇大的前角，脆性材料可相應取得小一些。如果片面考慮車刀鋒利、前角取得過大，就會使刀尖變得非常薄弱。不銹鋼材料粘合性和親和性好，切削容易引起缺口，而且工件精鏜余量小，切削變形不大，因此前角選r。=3°。

3.4.2 后角a。的選擇

選擇后角a。時，應以工件材料的加工條件與要求作為選擇，由于工件和車刀的剛性較差，為了減少振動，因此后角選a。=6°。

3.4.3 主偏角Kr的選擇

主偏角Kr是一個很重要的角度，對車刀的耐用度有很大影響，在相同的走刀量和切削深度下工作時，減少主偏角可以使切削變薄，刀刃的散熱面積加大，因此主偏角選10°。

3.4.4 副偏角的選擇

副偏角的主要作用是減少車刀與已加工表面之間的摩擦。在副偏角小的情況下，可以顯著地減少車削后的殘留面積，提高光潔度，但過小又會增加切削面積，引起振動。因此副偏角選4°。

3.5 刀具刃磨、安裝

3.5.1 刀具刃磨粗糙度在Ra0.1以下，并專門制造磨刀桿，磨刀桿同圖3。刃磨時將刀塊裝在磨刀桿的方孔里，使刀塊上的D面靠住磨刀桿上C面，用螺釘緊固后進行刃磨，保證兩刃的尺寸精度和對磨刀桿軸線的對稱性。

圖3 磨刀桿

3.5.2裝刀時刀塊上的D面側靠住刀體上的一側面，使車削時刀塊的位置和刀磨時的相同，來減少裝刀偏差，保證工件孔的尺寸精度。刀塊為兩塊，一正一反安裝于刀體上，這樣，兩邊受力均勻，刀具調整方便。同時刀塊上的刀片的裝夾方法采用斜面吊緊式，延長刀片的使用壽命。（以往采用刀排是整體式的，而且刀體裝夾是直角式的，裝刀誤差很大，加工后實際尺寸值會出現誤差，刀具在刃磨后不到全長的2/3刀具就過渡磨損）。

3.6 改變裝夾方法

先將法蘭盤由主軸連接，引導體用螺栓緊固在法蘭盤上車引導體內孔Φ60（+0.046/0），車出定位止口Φ160（+0.03/0），工件裝夾時，以工件外圓Φ160（0/-0.04）及端面緊固在花盤上的引導體平面上，校正工件后用螺栓緊固。（采用軸向夾緊，使夾緊力沿剛性較好的軸線分布，防止了夾緊變形）。

3.7 采用拉鏜切削法

為了保證工件孔的直線性，采用導向套導向的拉鏜方法進行深孔精加工。來保證刀桿在加工時不彎曲變形。（導向套的材料，采用球墨鑄鐵，導向套的長度取工件孔徑尺寸的2.5倍，導向套的直徑與工件孔徑的間隙取0.05mm，此前采用的是直進法刀桿，由尾座向主軸移動，導向性能低，刀桿無彈性，而且，進給切削液困難，鐵屑易拉毛孔平面。

3.8 改進冷卻液及其進給方法

因為我處之前一直采用乳化油冷卻，現在采用硫化切削油作冷卻液，流量在25-40L/每分鐘，壓力25公斤/厘米？的油泵，從刀體管壁的一排小孔噴出，將切屑從孔的的待加工表面排出：（改造后的刀排結構見圖2）冷卻潤滑液在循環使用時必須經過可靠的過濾，以保證油泵的正常工作和連續的供給。經過這一改進，硫化切削油性能好，刀具不易磨損，加工表面粗糙度達到Ra0.8～～Ra0.4，而且工件與導向套運轉自由，加工后未發現工件與導向套“咬死”現象。

4 加工工藝

4.1 粗、半精車法蘭各尺寸，精車外圓Φ160h7（0/-0.04）及端面粗糙度Ra1.6。車孔Φ60（+0.046/0）到Φ59.65（+0.05/0），表面粗糙度Ra3.2。

4.2 把引導體校圓固定在花盤上，加工引導體的止口Φ160（+0.03/0）及端面，粗糙度Ra1.6（用于安裝），同時加工導向孔Φ60（+0.046/0）至要求，粗糙度Ra0.8。見圖4：

圖4 引導體

（1）校正刀具的尺寸：將兩把刀具安裝于刀體上校正其尺寸，刀具的尺寸調整到Φ60（+0.025/+0.01），然后將刀具及刀具導向套放入引導體的導向孔中。

（2）把工件以Φ160h7及端面定位安裝在引導體上用螺栓緊固。（另一頭上中心架）

（3）將外置的冷卻潤滑液管從主軸孔后端穿入與內孔加工刀具上的潤滑油孔聯接。

（4）把刀具的刀桿安裝中拖板上的專用裝刀座里。

（5）車床主軸反轉，n=35r/min，s=0.15mm/r，使用硫化切削油冷卻潤滑；刀具切削由主軸端向尾座方向進給移動。

拉鏜加工時的情況，導向套緊固在刀體前端，伸向由本車床鏜出的引導體的導向孔內，使刀具開始切入工件時，就有正確的定心作用。花盤引導體、工件、中心架、裝刀座三者的中心保持同一直線上，保證孔的加工直線性。

經過大量的實踐和批量的生產后，采用上述改進措施后，工件的加工質量明顯提高，用Φ60-0.03mm的檢驗塞規（長900mm）通入孔的全長檢驗時，既無松動也無阻滯，滿足了裝配的實際要求。

5 結束語

（1）不銹鋼材料已經應用于各個工業領域，但由于深孔加工的特殊性，使其深孔車削成為生產加工的難題之一。

（2）通過選用合理的結構、刀具材質、刀具幾何參數、優化切削用量等改善措施可以降低切削溫度，減小刀具的磨損，提高刀具耐用度，提高不銹鋼深孔車削性。

（3）通過對不銹鋼深孔特點的分析，合理地確定了不銹鋼中間套的加工工藝和刀桿的設計方案。對在普通車床上加工不銹鋼深孔進行了大膽的嘗試，特別是刀桿的設計和刀桿采用反向切削使系統切削剛性得到提高，切削趨于平穩，對于小批量的生產是一種既保證產品質量又降低生產成本的切實可行的方法。

參與文獻：

[1] 《金屬加工基礎》 杜力 王雪婷 機械工業出版社 2013.1.

[2] 車工實踐（第二卷）陳永鎮 侯祖齡 周天祥 編著 上海科學技術出版社.

（作者單位：江蘇省灌溉動力管理一處）