低溫氨水泵不銹鋼細長軸車削加工

■四川省攀枝花攀鋼工程技術有限公司 （四川攀枝花 617000） 周德華

修建分公司機動工程處機加作業區主要承接攀鋼釩公司主體廠礦加工件的任務。加工件比較零星、復雜且多元化，一般都不是大批量的生產加工，各式各樣的加工件皆有，煉鐵廠煤化區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，長度達到1 220mm。通常長度與直徑之比L/D ＞2 5時，該軸稱為細長軸。因為是在臥式車床上進行切削加工，要充分考慮臥式車床是否能達到加工精度，加工好的不銹鋼細長軸同軸度、圓跳動能否達到要求，在泵體內運轉時間能否達到生產檢修周期。

圖1 細長軸結構

1. 車削過程難點分析

1）細長軸（見圖1）在車床上旋轉時，在離心力及重力的作用下，容易彎曲、振動，剛性差。

2）工件受切削力的作用會產生彎曲變形，跟刀架使用不當工件會產生錐度、菱形、腰鼓形、多邊形和竹節形等問題，導致達不到工件的精度要求。

3）在切削過程中受熱也會產生變形，特別是不銹鋼材料導熱性差、塑性大、韌性高，相應的切削力與切削熱也大，形成了另一個加工難點。

4）由于不銹鋼導熱率低，車刀容易磨損，粘附性強，車削時切屑在刀尖上容易產生積屑瘤，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Y G532、YG813硬質合金材料，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。從切削熱的產生和散熱方面來說，增大前角可減小切削熱的產生，切削溫度不會太高。初加工時對切削刀具切削刃口強度要求高，應取較小的后角。半精加工時，刀具磨損主要發生在切削刃和后角上，其后角取6°～8°最合適。精加工時，應采用大刃傾角，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生，需提高零件表面的質量，刃傾角取3°～5°為宜。外圓刀結構如圖2所示。

圖2 外圓刀結構

對刀桿材料的要求：加工不銹鋼時，由于切削力過大，刀桿需有足夠的強度和剛性，以免在切削過程中發生振顫，采用調質處理過的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，達到60°角。

（2）合理采用中心架和三爪跟刀架 當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，實際使用過程中，工件本身有一個向下的重力，導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，車削過程就很穩定，不容易產生振動，使用效果優于2只支撐爪的跟刀架。在中心架和跟刀架的支撐爪松緊調節上要適當，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“竹節形”，車削過程中要經常檢查支撐爪的松緊程度，進行必要的調整。

（3）切削軸類工件熱變形因素的考慮 加工細長軸時，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。采用彈性回轉頂尖，當工件伸長時，頂尖自動后退，起到補償工件熱變形伸長的作用。

（4）裝夾方法 氨水泵不銹鋼細長軸的材料選用316L，由生產方自送，直徑60mm。加工過程中為了防止跟刀架與卡盤產生碰觸，經過測量計算，坯料的長度要比工件實際長度長350mm左右，從而滿足跟刀架的正常使用。本細長軸采用一夾一頂的裝夾方法，裝夾過程中要考慮重復定位的影響，因此我們準備了3件長度20mm、直徑6mm的材質較硬的彈簧鋼筋，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定位的負面影響，如圖3所示。

圖3 裝夾示意

3. 工藝安排及車削過程

1）先車削坯料端面，打φ 3m m中心孔。裝上跟刀架準備粗車，轉速180r/min，吃刀量2mm，進給量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，先裝外側爪，后裝上側爪，再裝下側爪，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，調試尾座來進行控制。

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，讓3個支撐爪與工件已加工表面進行磨合，使支撐爪的接觸面光滑整潔，并使用機油進行潤滑冷卻。

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），先右后左進行車削。車削右端時，中心架支撐在工件φ 56mm臺階上；車削左端時，中心架放在右端已粗車完的φ 48mm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行相互換位支撐，保證車削正常進行。

4）使用90°偏刀，將右端每個臺階粗車至實際尺寸之上，留1mm余量后，進行半精車和精車，可用游標卡尺測量。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卡尺測量。粗車左端時，將90°反偏刀裝在刀架的右邊進行反向進給車削，外徑留1mm半精車、精車余量，這樣重復車削每一個臺階，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，轉速可提高到240r/min，吃刀量0.6mm 左右，進給量0.1mm/r。把中心架和跟刀架的支撐力度調整到最佳，使車削過程中無顫動現象。這樣進行每一個臺階的半精車，留余量0.4mm精車，同時把工件臺階φ 56mm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，加工細長軸溝槽和螺紋時都應放在半精車和精車之間，目的是為了在精車后工件不再產生振動現象，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，轉速設定為70r/min，然后精車兩處螺紋公稱尺寸到φ40－0.05－0.10mm，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φ 56mm處，用橫向進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－0.6 4 9 5 p=40－0.649 5×1.5=39.026（mm），h1=0.5 4 1 3p=0.5 4 1 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，再一次檢查調試中心架的松緊，將整個工件冷卻，防止精車后尺寸發生變化。精車刀其他角度不變，將刀尖修磨為R0.1～R0.2mm的圓弧角，轉速提高到320r/min，進給量0.05mm/r，這樣可提高工件的表面質量，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，經檢驗工件各部分尺寸達到要求。

4. 結語

不銹鋼細長軸在煉鐵廠煤化區域氨水生產中是必不可少的，對我們部門來說，在沒有數控機床、磨床的情況下，對不銹鋼細長軸的車削加工比較困難。通過不斷地探索，積累經驗，我們制定出了針對性的解決方案，加工出了合格的產品，保證了不銹鋼細長軸的各項加工精度要求，使用后得到了客戶的高度好評。