普通車床提高不鏽(xiù)鋼加工(gōng)成品率的技巧
2023-1-4 來源(yuán):四川省攀鋼(集團)工程技術有限公司 作者:周德華(huá)
摘要 : 煉鐵廠煤化區域化產係統多使用(yòng)的低溫泵係多為(wéi)多級水(shuǐ)泵類,低溫泵軸的精度高,外(wài)徑(jìng)公差(chà)小,表麵粗糙度要求(qiú)高(gāo)。其材質為316L 不(bú)鏽鋼,是(shì)精度高(gāo)、加工難度(dù)高的不鏽(xiù)鋼細長軸,在普通車床切(qiē)削加工相當困難,在車削過程中很(hěn)容易報廢。為解決加工中的技術難題,需(xū)從以下幾個(gè)方麵對不鏽鋼細長軸加工輔助機具進行改進。
關鍵詞 : 細長軸(zhóu)車削 ; 跟刀(dāo)架 ; 車床尾部頂針 ; 車刀
煉鐵廠煤化區域化產係統使用的低溫泵係多為多級水泵類,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)準軸的長度與直徑之比大於(yú) 20 倍以上的稱為細長軸。低(dī)溫泵細長(zhǎng)軸的精度高(gāo)(外徑公差 0.02mm,表麵粗糙度 1.6μm),並且材質(zhì)為 316L,此材質難於加工。在普通車床切削(xuē)加工相當困難,細(xì)長軸在車削過程中很容易報廢,為解決加工中的(de)技術難(nán)題,經研究傳(chuán)統加工方法(fǎ)、曆來的經驗,從以下幾個(gè)方麵對不鏽鋼細長軸加工輔助機具進行(háng)改進。
1. 不鏽鋼材料的車(chē)削特性
在機械加工行(háng)業中,為了保證車削的質量和提(tí)高工作效益(yì),首先應該熟悉和掌握被車削材(cái)料的各種性能,以便選擇切削工藝和刀具,不鏽鋼材料的車削特征表現是 :
(1)塑性大,韌性高,切削(xuē)變形大,相應的(de)切削(xuē)力與切削熱也大。
(2)導熱率低,約為普通鋼的 1/2~1/3,切屑帶走(zǒu)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生積屑瘤,工件不易獲得較好的表麵粗糙度。
(4)加工表麵容易產生(shēng)冷硬現象加劇車刀磨損。由於韌性大,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(bú)鏽鋼材料性能與車削加工困難和特點,從以下幾個方麵進行(háng)改進。
(1)刀具材料選擇。首先選用硬度高,抗粘附性能好(hǎo),強度(dù)好的刀具材料,如 TW1/YW2 硬質合金刀片,有較好的韌(rèn)性,能承受較大的衝擊力與切削力(lì),而且抗拒粘附性能也較好(hǎo)。
圖 1 車刀角度示意圖(tú)
(2)車刀幾(jǐ)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(bú)鏽鋼車刀(dāo)的前角加大約為 10° ~15°,如圖 1所示。前角增大使(shǐ)切(qiē)屑卷(juàn)曲產生足夠的容屑空間,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(rèn)口位置的(de)強度,采取磨有 0.5~0.8mm 的倒棱辦法來補償車刀刃口的(de)強度。
(3)切削速度的選擇。不(bú)鏽(xiù)鋼細長軸的剛性差,所以切削速度不能太高,30~60m/min,普通鋼可高一些。
(4)冷卻(què)潤滑劑的選擇。不鏽(xiù)鋼韌性大,難以切削,要選用抗粘附性與(yǔ)散熱性好的冷卻潤滑液(yè),降低切(qiē)削力,從而提(tí)高了切削質量與(yǔ)刀具的使用壽(shòu)命。
3. 跟刀架的改進
車床跟刀(dāo)架是徑向支撐旋轉工件的(de)輔助裝置 , 加工時 , 與刀具一起(qǐ)沿(yán)工件軸向移動。兩卡爪跟刀架的結構 : 跟刀架(見圖 2)由跟刀架體、調節手柄、固緊螺(luó)釘、卡爪組成。跟刀(dāo)架主要在(zài)車削細長軸與長絲杆(gǎn)時使用,跟刀架體(tǐ)是固定在車床大(dà)拖板上,跟隨(suí)在車刀的後麵,車削時(shí)工件(jiàn)受到車刀的切削力,工(gōng)件將(jiāng)產生變形時,跟刀架的(de)卡爪緊貼住工件,起著控製工件變形的作用,從而可(kě)以提升工件的形狀精度(dù)和表麵粗糙度。
圖 2
常(cháng)規車床加工使用的跟刀架隻有兩個卡爪,從跟(gēn)刀架的設計原理來看隻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。
工件的表麵就貼在跟刀(dāo)架的兩隻(zhī)卡爪上,但是在車削(xuē)的(de)過程中,細致(zhì)觀察手握手柄(bǐng),感受到工件(jiàn)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。當車削時,工件轉動中由於離心力的作用,工件時而離開卡爪,時而接觸卡爪的現象。這種振動現(xiàn)象對細長軸的加工精度有很大(dà)的影響,車出來的(de)軸產生竹節形(xíng)兩頭大小不一致,還形成錐度的外圓表麵(miàn)光潔度較差,因而車出來的軸不能使(shǐ)用,隻好報廢。
為了解決工件的振動現象,需對跟刀架進行改進。把原(yuán)來的兩卡爪跟刀架改為三卡爪(zhǎo)跟刀架,如(rú)圖 3 所示。
圖 3
使(shǐ)用改進後的三卡爪跟刀架(jià)車削時,上下(xià)左三個方向受到三個卡爪的控製,右方向有車刀抵住(zhù),這樣工件在上下(xià)左右都不能振動,消除了工件振動現象,使細長軸能穩定順利地進行車削(xuē)加(jiā)工,加工精度表麵粗糙度與錐度誤差基本上能達到(dào)圖紙上標注的技術要求,加工件的成品率達100%。
4. 車床尾(wěi)部頂針的(de)改進
在車削加(jiā)工細長軸時(shí),細長(zhǎng)軸本身剛性較差(chà),車削(xuē)時(shí)如果裝(zhuāng)夾不當,很容易(yì)因切削力及重(chóng)力(lì)作用而彎曲變形,產生振動,從而使精度降低,表麵粗糙度變差。所以需對(duì)車床尾部頂(dǐng)針進行必要的改進。
頂針是車削軸類(lèi)工件特(tè)別是車細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,以便實現車削工藝。
普通頂針在軸線方麵從車床尾部(bù)將工件頂(dǐng)住固(gù)定後,沒有伸縮調整的餘地,在車削過程中由於工件受熱產生熱變形伸長,根據熱變形伸長公式 :
L =alt
式中(zhōng),L 為工件熱變形(xíng)伸長量(mm);a 為材料(liào)熱膨脹係數,鋼 a =11.50×10;l 為工件的總長(zhǎng)度(mm);t 為工件升高的溫度。
從上述公式中可以看出(chū)伸長量與工(gōng)件的長度,工件熱膨脹係數與工件的溫升有(yǒu)關。在(zài)車(chē)削加工短軸類零件由於熱變形伸長量小,工件剛度不易變形(xíng)彎曲,可(kě)以不(bú)必考慮。但是車削加工細(xì)長軸零件(jiàn)時,由(yóu)於工件長度大,熱(rè)變形伸長量大,剛度低。如果頂針固定後沒有(yǒu)伸縮調整的餘地,工件就會被頂彎(wān),車削加工就(jiù)很難進行,也容易出廢(fèi)品。為此將普通頂針改進為彈簧頂針(如圖4 所示)。
圖 4
改進後的彈(dàn)簧頂(dǐng)針的結構由頂針(zhēn)體、莫氏圓錐(zhuī)體(與車床尾部架套筒相配合)、頂針、彈(dàn)簧等組成。
使用改進後的頂針在車(chē)削過程中,當工件受熱變形時,工(gōng)件(jiàn)推動頂針彈簧被壓縮(suō)補償(cháng)了工件的(de)伸長量,這樣就不會頂(dǐng)彎,從而保證了(le)車削加工的順利進行。
5. 結語
經過生產實踐證明,通過跟刀架與車床尾部頂針(zhēn)的改進,有效(xiào)地解決了不(bú)鏽鋼細長軸(zhóu)車削時的振(zhèn)動(dòng)現象,補償了熱變形伸長量,有(yǒu)效地控製了細長軸的彎曲度,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於不鏽鋼細長軸的粗車與半精車,比原來提高(gāo)功效 3 倍左右,車削(xuē)加工非(fēi)常順利,提高了(le)加工質量與效率(lǜ),延長刀具(jù)使用壽命,工件尺寸精度與表麵光潔度能達到技術要求(qiú)。
在數控技術橫行的(de)時代,普通機床(chuáng)在製造行業也是必不可缺的,世界流行的各大名車、名表都還保留著傳統的純手工製作。謹(jǐn)以此文為廣大同行借鑒交流,筆者水平有限如有不(bú)當之處還敬請批評和指正。
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