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普通車床提高不（bú）鏽鋼加工成品率的技巧

2023-1-4 來源：四川省攀鋼（集團）工程技術有（yǒu）限公（gōng）司作者：周德華

摘要（yào） : 煉鐵（tiě）廠煤化區域化產係統多使用的（de）低溫泵係多為（wéi）多級水泵類，低溫泵軸的精度高，外徑公差小，表麵粗糙度要求高。其材質為316L 不鏽鋼，是精度高、加工難度高的不鏽鋼細長軸，在普通車床切削加（jiā）工相當困難，在車削過程中很容易報（bào）廢。為解決加工（gōng）中的技術難題，需從以下幾個方麵對不鏽鋼細長軸加工輔助（zhù）機具進行改進。

關鍵詞 : 細長軸車削 ; 跟刀架 ; 車床尾部頂（dǐng）針 ; 車（chē）刀

煉鐵（tiě）廠煤化區域化產係統使用的低溫泵係（xì）多為多（duō）級水泵類，軸的長度 L =1237mm，最大（dà）直徑（jìng） D ＝ 30mm，L /D ＝ 1237/30 ＝ 41.23，按車工工藝標準軸的長度（dù）與直徑之比大於 20 倍以上的稱為細長軸。低溫泵細長軸（zhóu）的（de）精度高（外徑公差 0.02mm，表麵粗糙度 1.6μm），並且材質為 316L，此材質難於加工。在普通（tōng）車床切削（xuē）加工相當困（kùn）難，細長軸在車削過程中很容易報廢，為解決加工中的技術難題，經研究傳統加工方法、曆來的經驗，從以（yǐ）下幾個方麵對不鏽鋼細長軸加工輔助機具進行改進。

1. 不鏽鋼材料（liào）的車削特性

在機械加工行業中，為了保證車削（xuē）的質量和提高工作效益，首（shǒu）先應該熟悉和掌握被（bèi）車（chē）削材料的各種性能，以便選擇切削工藝和刀（dāo）具（jù），不鏽鋼材料的車削特征（zhēng）表現是 :

（1）塑性大，韌性高，切削（xuē）變形大，相應的切削力與切削熱也大。

（2）導熱率低，約為普通鋼的 1/2~1/3，切屑帶走的熱量（liàng）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（shàng）容易產生積屑瘤，工件（jiàn）不易獲得較好的（de）表麵（miàn）粗糙度。

（4）加工表麵容易產生冷（lěng）硬現象加劇車刀磨損（sǔn）。由（yóu）於韌性大，切（qiē）屑不易折斷與卷曲，容易堵塞切屑流出。

2. 改進方案

針對不鏽（xiù）鋼（gāng）材料性能與車削（xuē）加工困難和特點，從以下幾個方麵進行改進。

（1）刀具材料選（xuǎn）擇。首（shǒu）先選用硬度高，抗（kàng）粘附性能好，強度好的刀具材料，如 TW1/YW2 硬質（zhì）合金刀片（piàn），有較好的韌性，能承受較大的（de）衝擊力與切（qiē）削力，而且抗（kàng）拒粘附性（xìng）能也較（jiào）好。

圖 1 車刀角度示意圖

（2）車刀幾何形狀（zhuàng）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，車削不鏽鋼車（chē）刀的前角加大約為 10° ~15°，如圖 1所示。前角（jiǎo）增大使切屑卷（juàn）曲產生足夠（gòu）的（de）容屑（xiè）空間（jiān），使切屑排除流暢。但是為了切削輕快加大了前角，會（huì）影響車刀的（de）受力（lì）強度。為了增強車刀刃（rèn）口位置的（de）強度，采（cǎi）取磨有（yǒu） 0.5~0.8mm 的倒棱（léng）辦法來補償（cháng）車刀（dāo）刃口的強度。

（3）切削速度的選擇。不鏽鋼細長軸的剛性差，所（suǒ）以切（qiē）削速度不能太（tài）高，30~60m/min，普通鋼可高一些。

（4）冷卻潤滑劑的選擇。不鏽鋼韌性大（dà），難（nán）以切（qiē）削，要選用抗粘附性（xìng）與散熱性好的（de）冷卻潤滑（huá）液，降（jiàng）低切削力，從而提高了切（qiē）削質量（liàng）與刀具的使用（yòng）壽命。

3. 跟刀架的改進

車床跟刀架是徑向支撐（chēng）旋轉工件的（de）輔助裝置 , 加工時 , 與刀具一起沿工件軸向移動。兩卡（kǎ）爪跟刀架的結構 : 跟刀架（見（jiàn）圖（tú） 2）由跟刀（dāo）架體、調節（jiē）手柄、固緊螺釘、卡爪組成。跟刀架主要在車削細長軸與長絲杆時使用，跟刀（dāo）架體是固定在車床大拖板上，跟隨在車刀的後（hòu）麵，車削時工件受到車刀的（de）切削力，工件將產生變形時，跟刀架的卡（kǎ）爪緊貼住工件，起著控製工件變（biàn）形的（de）作用，從而可以提升工件的形狀（zhuàng）精度和表麵（miàn）粗糙度。

圖 2

常規車床加工使用的跟刀架隻有兩個卡爪（zhǎo），從跟刀架的設計原理來看隻需（xū）兩個卡爪就可（kě）以滿足要求，車削時車刀給工件的（de）切削力 P。

工件的（de）表麵就貼在跟（gēn）刀架的兩隻卡爪上，但是在車（chē）削（xuē）的過（guò）程中，細致觀察手握手柄，感受到工（gōng）件有振動，分析其原因是 : 工件本身存在向下的重力 Q，工件（jiàn）也免不了有些彎曲（qǔ）。當車削時，工件轉動（dòng）中由於離（lí）心力的作（zuò）用，工件時而（ér）離開卡爪，時而接觸卡（kǎ）爪的（de）現象。這種振動現象對細長軸的加工精度有很大的影響，車出來的軸（zhóu）產生竹節形（xíng）兩頭大小不一致，還形（xíng）成錐（zhuī）度的外圓表麵光潔度較差（chà），因而車出來的軸不能使用，隻好報廢。

為了解決工件的振動現象，需對跟刀（dāo）架進行改進。把原來的兩卡爪跟刀架改為三卡爪跟刀架，如圖 3 所（suǒ）示。

圖 3

使用改進後的三卡爪跟刀架車削時（shí），上下左三個方向受到三個卡爪的控製，右方向有車刀抵住，這樣工件在上下左（zuǒ）右（yòu）都不能振動，消除了工件振動現象，使細長軸能穩（wěn）定順利地進行車削加（jiā）工，加工精度表麵粗糙（cāo）度與錐度誤（wù）差基本上能達到圖紙（zhǐ）上標注的技術要求，加（jiā）工件的成品率達100％。

4. 車床尾部頂針的改（gǎi）進

在車（chē）削加（jiā）工細長軸時，細長軸本身剛性較差，車削時如果裝夾不（bú）當，很（hěn）容易因切削力及重力作用而彎曲（qǔ）變形，產生振動，從而使精度降低，表（biǎo）麵粗糙度變差。所以需對車（chē）床尾部頂針進行必要的改進。

頂（dǐng）針是（shì）車削軸類（lèi）工件特（tè）別是車細長軸時不可缺少（shǎo）的（de）部件，安裝在車（chē）床尾架上。頂針的作用（yòng）是在夾緊工件時，從車床尾部（bù）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（chuáng）尾部將工件頂住固（gù）定後，沒有伸縮調整的餘地，在車削過程中由（yóu）於工件受熱產生熱變形伸長，根據熱變形伸長公（gōng）式 :

L =alt

式中，L 為工件熱變形伸長量（mm）;a 為材（cái）料熱膨脹係數，鋼 a =11.50×10;l 為工件的總（zǒng）長度（mm）;t 為工件升高的溫度。

從上（shàng）述公式中可以看出（chū）伸長量與工件的長度，工件熱膨脹係（xì）數與工件的溫升有關。在車削加工短軸類零件由於熱變形伸長量（liàng）小，工件剛度不易（yì）變形彎曲，可以不必考慮。但是車削加工細長軸零件時，由於工件長度（dù）大，熱變形伸長量大，剛度低。如果頂針固定後沒有伸縮調整的餘（yú）地，工件就會被頂（dǐng）彎，車削加工就很難進行，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（suǒ）示）。

圖 4

改進後的彈簧頂針的結構（gòu）由頂（dǐng）針體、莫氏圓（yuán）錐體（與車床尾部架套筒相配合）、頂（dǐng）針、彈簧等組成。

使用改進後的頂針（zhēn）在車（chē）削過程中，當工件受熱變形時，工件推動頂針彈簧被壓縮補償了工件的伸長量，這樣就不會頂彎，從而保證了車（chē）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（wěi）部（bù）頂針的改（gǎi）進，有效地解決了不（bú）鏽鋼細長軸車削（xuē）時的振動現象，補償（cháng）了熱（rè）變形伸長量（liàng），有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（jǐ）何形狀（zhuàng）的改進，以及切削速度（dù）與冷卻潤滑液的合理選擇，使切削輕快。使用大前角車（chē）刀適用於不鏽鋼細長軸的粗車與半精車，比原來提高功效 3 倍左右，車（chē）削加工非常順利，提高了加工質量與效率，延長刀具使用壽命，工件尺寸精度與表麵（miàn）光潔度能達到技術要求。

在數控技（jì）術橫行的時代，普通機床在製造行業也（yě）是必不可缺的，世界流行的（de）各大名車、名表都還保留著傳統的純手工製作。謹以此文為廣大同行借鑒交流，筆者水平有限如有不當（dāng）之處還敬請批評和指正。

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