不銹鋼軸承座零件加工工藝優化

盛永剛 張陽 趙書

摘? 要：該文以不銹鋼軸承座零件為研究對象，以現有加工工藝路線為基礎，以加工效率提升為立足點，以毛坯精化、余量精減、高效加工技術為核心，采用毛坯精化交付、精減加工余量、控制加工參數和走刀路線等新鮮工藝，徹底取代了傳統的穩定處理工序，大大縮短了工藝過程，摸索出一套完整、通用、有效的適合不銹鋼軸承座零件的工藝方法，提升了工藝效率。

關鍵詞：不銹鋼;軸承座零件;工藝路線;高效銑削

中圖分類號：TH133? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

該文的研究對象為不銹鋼軸承座，屬于支點類零件。結構復雜，尺寸及技術條件要求嚴格，在現場批量生產中，存在周轉時間長，加工效率低，不能滿足配套要求的問題。此工藝研究的目標不僅是提升該零件的加工質量及效率，同時也是對不銹鋼軸承座類零件新型加工模式的探索。

1 技術方案

1.1 制約零件生產效率和合格率的關鍵因素識別

產品原工藝路線為：毛坯——單件粗車——單件調質——單件半精車——單件熱處理——單件精車——單件銑加工——焊接——組件粗車——組件精車——組件孔加工——檢驗。

粗車、調質工序為大余量毛坯衍生工序，占整個單件加工周期的一半左右，是制約單件交付周期的關鍵因素;單組件半精車、精車工序預留余量不均勻且組件余量較大，零件加工后存在殘余應力，易變形，影響產品質量;工藝路線冗長，車工序穿插熱處理工序，周轉過程多;銑加工工序加工余量大，屬于不銹鋼大余量深腔銑削范疇，是不銹鋼軸承座加工中的瓶頸。

梳理出制約零件生產效率和合格率的關鍵因素后，進行如下工藝優化：

1.2 精減毛坯余量，實現均勻余量最終熱處理狀態交付

毛坯自由鍛成型，內腔余量50 mm，因厚度過大，無法實現毛坯最終熱處理交付，衍生了單件機加工藝中的大余量粗車工序和調質熱處理工序。優化毛坯成型工藝，內部型腔加工余量由50 mm減少至30 mm以內，實現減余量毛坯鍛造，將毛坯粗加工、熱處理工序封閉至毛坯成型工藝，單邊余量留3 mm最后再進行熱處理交付，與毛坯精化交付這一發展趨勢相匹配。

1.3 工藝方案優化、取消單件熱處理

毛坯均勻余量最終熱處理交付，原工藝路線中粗車及調質工序相應取消，零件外部周轉工序減少。工藝方案同時取消了單件穩定處理工序，通過控制型面上刀量、加工參數調整、固化等加工手段實現零件狀態的穩定控制。

1.4 均勻余量高效車加工

單件半精加工、精加工4個工序連續排列，全部采用R0.8偏刀進行型面車削，實現切削力最小化。通過循環程序控制加工量，每刀切深0.5 mm，加工進給F=0.16 mm/r，加工方案為循環程序去除大余量，預留0.3 mm供精加工保證尺寸及技術條件。不銹鋼材料車削性能良好，零件剛性較強，控制每刀切深和加工進給的同時，通過提升切削線速度實現加工效率的大幅提升。

1.5 減少加工余量，提升加工效率

組件車加工余量由3 mm減少至2 mm，采用循環車加工去除大余量，預留0.3mm余量供保證型面尺寸的數控加工方案，由于原加工參數較為成熟，改進時為未對其進行調整。

型面去除余量時每刀切深0.5 mm，半精車工序由2 mm余量減少至1 mm余量，每個粗車循環刀路減少2刀，精車工序由1 mm余量減少至0.8 mm，每個粗車循環刀路減少1刀，相應工序切削時間得到降低。

1.6 長懸伸刀具系統深腔銑削加工提效

單件銑加工工序為制約不銹鋼軸承座交付周期的主要瓶頸工序，該工序因加工部位位于零件內腔底部、余量大，屬于長懸伸刀具深腔銑削范疇，加工效率極低，在各類型加工設備中均進行了加工嘗試，工序加工時間為60 h，加工效率不能滿足交付周期。

原加工方案采用懸伸120 mm的φ20合金銑刀粗加工，清根及精加工由φ10R1.5銑刀去除，φ10R1.5刀具系統工作時最短長度達415 mm，加工過程刀具振顫嚴重。

優化加工工藝方案，將刀柄系統沿零件型面錐度做到最大實體，實現通過刀柄“增重”實現高剛性，刀桿懸伸較長，采用重金屬刀桿代替普通剛桿，提升刀具系統的抗振性，同時計算最短刀具懸伸實現刀具滿足加工條件下的最優結構。

簧式刀柄采用接觸的方式，難以保持刀具系統的動平衡，同時夾持力遠小于面接觸，采用熱脹接口實現面接觸的同時可以將刀柄探入零件的部位做到更小，刀具系統剛性顯著增強。

加工過程選用主偏角較小、刀片、刀頭、刀桿組合形式的高進給刀具，每層切深0.25 mm。進刀采用沿內型面螺旋線漸進方式，保證斜坡銑角度1°，實現平穩進刀，轉接R部位通過刀路光順實現圓弧過渡，避免拐角部位刀具全包絡導致的余量突變。

由于刀具主偏角小，切削過程徑向分力較小，承受的軸向力大大增加，不容易引起振動，反而適用于余量較大的、懸伸較長的粗加工過程，相應地可以得到較高的加工進給，刀具消耗也顯著降低。

刀具系統本身的剛性增強結合加工中的軸向力，使改善前的加工振動現象不再存在，同時由于采用了螺旋線進刀、小切深（0.25 mm）快速切削，加工狀態平穩，實現了均勻余量快速去除的理想狀態。

現場加工中以S975 r/min，F1350 mm/min的加工參數進行分層銑削，螺旋進刀過程進給降速至50%。首輪驗證時每2 mm設置抬刀指令觀察刀具狀態，實際驗證后只需中途更換刀刃一次，粗開槽用時4 h，單臺加工刀片消耗3片。

轉接R清根及型面精加工采用φ10可換頭錐度銑刀配合熱脹刀柄完成。刀具剛性的增強保證了切削過程的平穩，精銑內圓每層切深2 mm，精銑外圓每層切深0.3 mm，精加工進給可達500 mm/min。

改進前銑加工工序深腔銑工步理論切削時間51.61 h，改進后8.54 h，理論切削效率提升83.4%。實際全工序加工時間由60 h減少至14 h，同時單臺刀具消耗減少1 238.5元，通過高速銑削達到加工效率提升目的的同時降低了加工成本。

2 總結

優化后不銹鋼軸承座新工藝路線為：毛坯——單件高效半精車——單件高效精車——高速銑加工——焊接——組件高效粗車——組件精車——孔加工——檢驗。

通過毛坯精化交付、精減加工余量、控制加工參數和走刀路線的方式取消了傳統的穩定處理工序，工藝過程大大縮短。

零件原機械加工時間346 h，改進后加工時間235.5 h，效率提高31.9%，尺寸及技術條件符合設計圖樣要求。

3 經驗、問題與建議

3.1 經驗

工藝方案優化過程就是將復雜過程簡單化、工序加工高效化、自動化的過程，通過精簡工藝路線，優化加工方案，可使零件整體加工周期大大縮短。

3.2 問題

工藝優化過程應用了高速車削、高速銑削技術實現工序加工效率的大幅提升，高速切削過程需選用與其匹配的加工刀具系統，采用常規刀具進行高速切削往往會附加較多的加工刀具成本。

3.3 建議

通過優化數控加工方案，實現無人干預是提升加工效率、穩定生產節拍的不二選擇。

4 結論

通過對不銹鋼軸承座加工工藝的分析及優化，制定出一條適合現有條件的高效加工工藝路線，隨著新技術的不斷出現，將會有更加高效的加工工藝方案可供選擇。

參考文獻

[1]陳延麗，鄭煜川，劉仕偉.大型泵用不銹鋼軸承蓋精密鑄造工藝改進[J].鑄造，2018（10）：75.

[2]杜長全，李寶玉，劉薇.不銹鋼關節軸承球面鍍銀工裝改進[J].哈爾濱軸承，2014（7）：68.