普通車床提高不鏽鋼加工成品率的（de）技巧
2023-1-4 來源：四川省攀鋼（集團）工程技術有限公司 作者：周德華
摘要 : 煉鐵廠煤化區域化產係統多使用的低溫泵係多為多級水（shuǐ）泵類，低溫泵軸的精度高，外徑公差小，表麵（miàn）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（qiē）削加工相當困難，在車削過程中很容易報廢。為解決加工中的技（jì）術難題，需從以下幾個方麵對不鏽鋼細長軸加（jiā）工輔助機具進行改進。
關（guān）鍵詞 : 細長軸車削 ; 跟刀架 ; 車床尾部頂針 ; 車刀
煉鐵廠煤化區域化產（chǎn）係統使用的低溫泵係多為多級水泵類，軸的長度 L =1237mm，最（zuì）大直（zhí）徑 D ＝ 30mm，L /D ＝ 1237/30 ＝ 41.23，按車工工藝（yì）標準軸的長度（dù）與直徑之比大（dà）於（yú） 20 倍以上（shàng）的稱為細（xì）長軸。低溫泵細長軸的（de）精度高（gāo）（外徑公差 0.02mm，表麵粗糙度 1.6μm），並且材（cái）質為 316L，此材質難於加工。在普通車床切（qiē）削加工相當困難，細長軸在車削（xuē）過程（chéng）中（zhōng）很（hěn）容易報廢，為解決加工中的技（jì）術難題，經研究傳統（tǒng）加工方（fāng）法、曆來的經驗，從以下幾個方麵對（duì）不鏽鋼細長軸加工輔助機具進行改進。
1. 不（bú）鏽鋼材（cái）料的（de）車削特性
在機械加工行業中，為了保證車削的質量和提高工作效益，首先應該熟悉（xī）和掌握被車削材料的（de）各種性能，以便選擇（zé）切削工藝和刀具，不鏽鋼材（cái）料的車削特征表現是 :
（1）塑性大，韌性高，切（qiē）削變形大，相（xiàng）應的切削（xuē）力與切削熱也大。
（2）導熱率低，約為普通鋼的 1/2~1/3，切屑帶走的熱量少（shǎo），因此車刀的溫（wēn）度很高，車刀（dāo）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（huò）得較好的表麵粗糙度（dù）。
（4）加（jiā）工表（biǎo）麵容易產生冷硬現象加劇車刀磨損。由於韌（rèn）性大，切屑（xiè）不易折斷與卷曲，容易堵塞切屑流出。
2. 改進方案（àn）
針對不鏽鋼材（cái）料性能與車削加工困難和特點，從以下幾個方麵進行改進。
（1）刀（dāo）具材（cái）料選擇。首先選用硬（yìng）度高，抗粘附性能好，強度（dù）好的刀具材料（liào），如（rú） TW1/YW2 硬質合金刀片，有較好的韌性，能（néng）承受較大（dà）的（de）衝擊力與切削力，而且抗拒粘附性能也較好。
圖（tú） 1 車刀角度示（shì）意圖
（2）車刀（dāo）幾何（hé）形狀的選擇。加大外圓車（chē）刀的前角，車削鋼（gāng）件車刀的前角為 5° ~8°左右，車削不鏽（xiù）鋼車刀的（de）前（qián）角加大約為 10° ~15°，如圖 1所示。前角增大使切屑卷（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（qián）角（jiǎo），會影響車刀的受力強（qiáng）度。為了增強車刀刃（rèn）口位置的強度，采取磨有 0.5~0.8mm 的倒棱辦法來補償車刀刃口的強度。
（3）切削速度的選（xuǎn）擇（zé）。不鏽鋼細長（zhǎng）軸的（de）剛性差，所以切削速度不能太高，30~60m/min，普通鋼可高一些。
（4）冷卻潤（rùn）滑劑的選擇。不鏽鋼韌（rèn）性大，難以切削，要選用抗粘附性與散熱性好的冷卻潤（rùn）滑液，降低切削力，從而提高了切削質量與刀具的使用壽命。
3. 跟刀架的改進
車床跟刀架是徑向支（zhī）撐旋轉工件的輔助裝置 , 加工時（shí） , 與刀具（jù）一起沿工件軸向（xiàng）移動。兩卡爪（zhǎo）跟刀架的結構 : 跟刀架（見圖 2）由跟刀架體、調節手柄（bǐng）、固緊螺（luó）釘、卡爪組成。跟刀架主要（yào）在車削細長軸與長絲杆時（shí）使用（yòng），跟刀架體是固定在車床大拖板上，跟隨在車刀的後麵，車削時工件受到車刀的切削力，工件將產生變形時，跟（gēn）刀架的卡爪（zhǎo）緊貼（tiē）住工件，起著控製（zhì）工件變形的作用，從而可以提升工件的形狀精度和表麵粗糙度。
圖 2
常規車床加工使用的（de）跟刀架隻有兩個卡爪，從跟刀架的設計原（yuán）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（tiē）在跟刀架的（de）兩隻卡爪上，但是在車（chē）削的過程中，細致（zhì）觀察手握手（shǒu）柄，感受到工件有振動（dòng），分析其原因是 : 工件（jiàn）本身存在向下的重（chóng）力 Q，工件也免不（bú）了有些彎曲。當（dāng）車削時，工件轉（zhuǎn）動中由於離（lí）心力（lì）的作（zuò）用，工件時而離開卡爪，時而接觸卡爪的現象。這種振動現象對細（xì）長軸的加（jiā）工精度有（yǒu）很大的影響，車出來的軸產生竹節形兩頭大（dà）小不（bú）一致，還形成錐（zhuī）度的外圓表麵光潔度較差，因而車出來的軸不（bú）能使用，隻好報廢。
為了解決工件的振動現象，需對（duì）跟刀架進行改進。把原來的兩卡爪跟刀架改為三卡爪跟刀架，如（rú）圖 3 所示（shì）。
圖 3
使用改進後的三卡爪跟刀架車削（xuē）時，上下左三個方向受到三個卡爪的（de）控製，右方向有車刀抵住，這樣工件在上下左右都（dōu）不能振（zhèn）動，消除了（le）工（gōng）件振動現象，使細（xì）長軸能穩定順利地進行車削（xuē）加工，加工精度表麵粗糙度與錐度誤差基本上能達到圖（tú）紙上標注的技術要求，加工（gōng）件的成品率達100％。
4. 車床尾部頂針的改進（jìn）
在車削加工細長軸時，細長軸本（běn）身剛（gāng）性較差，車削時如果裝夾不當，很容易（yì）因切削力及重力作（zuò）用而彎曲變（biàn）形（xíng），產生振動，從而使精度降低（dī），表麵粗糙度變差。所以需對車床尾部頂針進行必要的改進。
頂針是車削軸類工件特別是車（chē）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（zài）夾緊工件時（shí），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（xiàn）方麵從車床尾部（bù）將工件頂住固定後，沒有伸縮調整的餘地，在車削過程中由於工件受（shòu）熱產生熱變形（xíng）伸長，根據熱變形（xíng）伸長公式 :
L =alt
式中，L 為（wéi）工件熱變形伸長量（mm）;a 為（wéi）材料熱膨脹係數，鋼 a =11.50×10;l 為工件的總長度（mm）;t 為工件升（shēng）高的溫度（dù）。
從上述公式中可以看出伸長量（liàng）與工件的長度（dù），工（gōng）件熱（rè）膨脹（zhàng）係數與工件的溫升有關。在車削加工短（duǎn）軸類零件由（yóu）於（yú）熱變形伸長量小，工件剛度不易變形彎曲，可以不必考慮。但是車削加工細長軸零件時，由於（yú）工件長（zhǎng）度大，熱（rè）變形伸（shēn）長量大，剛度低（dī）。如果頂針固定後沒有伸縮調整的餘地，工件（jiàn）就會被頂彎，車削加工就很難進行，也容易出廢品。為（wéi）此將普（pǔ）通頂（dǐng）針改（gǎi）進為彈（dàn）簧頂（dǐng）針（如圖4 所示）。
圖 4
改進後的彈簧頂針的結構由頂針體、莫氏圓錐體（與車床尾部架套筒相（xiàng）配合）、頂針、彈簧等組成。
使用改進後的頂針在車削過程中，當工件受熱變形時，工件（jiàn）推動頂針彈簧被壓縮補償了工（gōng）件的伸長量，這樣就不會頂彎，從而保證了車削（xuē）加工的順利進行。
5. 結語（yǔ）
經過生產實踐證明，通過跟刀架與車（chē）床尾部頂針的改進（jìn），有效地解決了不（bú）鏽（xiù）鋼細（xì）長軸車削時的振（zhèn）動現象，補償了熱變形伸長（zhǎng）量，有效地控（kòng）製了細長軸的彎曲度，保證了車削加（jiā）工的順利進行（háng）。
通過車刀（dāo）的材質與幾何（hé）形狀的改進，以及切（qiē）削速度與冷卻潤（rùn）滑（huá）液的合理選擇（zé），使切削輕快。使用大前（qián）角車（chē）刀適用於不鏽鋼細長軸的粗（cū）車與半精（jīng）車，比原來提高功效 3 倍左右，車削加工非（fēi）常順利，提高了加工質量與效率（lǜ），延長（zhǎng）刀（dāo）具使用壽命，工件尺寸（cùn）精度與表麵光潔（jié）度能達到技術要求。
在數控（kòng）技（jì）術橫行的（de）時代，普通機床在製造行業也是必（bì）不可缺的（de），世界流行的各大名車、名表都還保（bǎo）留著傳統的（de）純（chún）手工製作。謹以此文為廣大同行借鑒交（jiāo）流，筆者水平有限如有不當之處還敬請批評和指正。
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