低溫氨水泵不銹鋼細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)削加工

使用CY6140-B型臥式車(chē)床，完成了對(duì)煉鐵廠煤化區(qū)域氨水泵不銹鋼細(xì)長(zhǎng)軸的車(chē)削，達(dá)到了客戶的使用要求，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行。

修建分公司機(jī)動(dòng)工程處機(jī)加作業(yè)區(qū)主要承接攀鋼釩公司主體廠礦加工件的任務(wù)。加工件比較零星、復(fù)雜且多元化，一般都不是大批量的生產(chǎn)加工，各式各樣的加工件皆有，煉鐵廠煤化區(qū)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(lái)延長(zhǎng)其使用壽命，長(zhǎng)度達(dá)到1 220mm。通常長(zhǎng)度與直徑之比L/D＞25時(shí)，該軸稱為細(xì)長(zhǎng)軸。因?yàn)槭窃谂P式車(chē)床上進(jìn)行切削加工，要充分考慮臥式車(chē)床是否能達(dá)到加工精度，加工好的不銹鋼細(xì)長(zhǎng)軸同軸度、圓跳動(dòng)能否達(dá)到要求，在泵體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間能否達(dá)到生產(chǎn)檢修周期。

1、不銹鋼細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)削過(guò)程難點(diǎn)分析

1）細(xì)長(zhǎng)軸（見(jiàn)圖1）在車(chē)床上旋轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力及重力的作用下，容易彎曲、振動(dòng)，剛性差。

圖1細(xì)長(zhǎng)軸結(jié)構(gòu)

2）工件受切削力的作用會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，跟刀架使用不當(dāng)工件會(huì)產(chǎn)生錐度、菱形、腰鼓形、多邊形和竹節(jié)形等問(wèn)題，導(dǎo)致達(dá)不到工件的精度要求。

3）在切削過(guò)程中受熱也會(huì)產(chǎn)生變形，特別是不銹鋼材料導(dǎo)熱性差、塑性大、韌性高，相應(yīng)的切削力與切削熱也大，形成了另一個(gè)加工難點(diǎn)。

4）由于不銹鋼導(dǎo)熱率低，車(chē)刀容易磨損，粘附性強(qiáng)，車(chē)削時(shí)切屑在刀尖上容易產(chǎn)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YG532、YG813硬質(zhì)合金材料，加工不銹鋼時(shí)，刀具切削部分的幾何形狀，從前角、后角及卷屑槽型來(lái)考慮。為了排屑順利，應(yīng)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(chǎn)生和散熱方面來(lái)說(shuō)，增大前角可減小切削熱的產(chǎn)生，切削溫度不會(huì)太高。初加工時(shí)對(duì)切削刀具切削刃口強(qiáng)度要求高，應(yīng)取較小的后角。半精加工時(shí)，刀具磨損主要發(fā)生在切削刃和后角上，其后角取6°～8°最合適。精加工時(shí)，應(yīng)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(chǎn)生，需提高零件表面的質(zhì)量，刃傾角取3°～5°為宜。外圓刀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2外圓刀結(jié)構(gòu)

對(duì)刀桿材料的要求：加工不銹鋼時(shí)，由于切削力過(guò)大，刀桿需有足夠的強(qiáng)度和剛性，以免在切削過(guò)程中發(fā)生振顫，采用調(diào)質(zhì)處理過(guò)的45鋼即可。三角形螺紋車(chē)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(chē)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(yàn)，達(dá)到60°角。

（2）合理采用中心架和三爪跟刀架當(dāng)中心架支撐在工件的中間位置時(shí)，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(chē)刀移動(dòng)，抵消徑向切削力，增加工件的剛度，減少變形，從而提高細(xì)長(zhǎng)軸的形狀精度并減小表面粗糙度值。一般來(lái)說(shuō)，跟刀架是2只爪，實(shí)際使用過(guò)程中，工件本身有一個(gè)向下的重力，導(dǎo)致工件不可避免地彎曲。因此車(chē)削時(shí)，工件往往因離心力瞬間離開(kāi)和接觸支撐爪而產(chǎn)生振動(dòng)。如果采用3只支撐爪的跟刀架支撐工件，車(chē)刀存在頂力，使工件上下、左右都不能移動(dòng)，車(chē)削過(guò)程就很穩(wěn)定，不容易產(chǎn)生振動(dòng)，使用效果優(yōu)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(diào)節(jié)上要適當(dāng)，太松起不到剛性的作用，太緊則影響工件的形狀精度，車(chē)出的工件會(huì)呈“竹節(jié)形”，車(chē)削過(guò)程中要經(jīng)常檢查支撐爪的松緊程度，進(jìn)行必要的調(diào)整。

（3）切削軸類工件熱變形因素的考慮加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，切削液要供給充分，以降低工件溫度。由于工件較長(zhǎng)，線膨脹系數(shù)大，較小的溫度變化都能使其受熱變形伸長(zhǎng)，因此不能采用固定頂尖加工，否則會(huì)限制工件受熱伸長(zhǎng)，造成工件彎曲變形，不能正常車(chē)削。采用彈性回轉(zhuǎn)頂尖，當(dāng)工件伸長(zhǎng)時(shí)，頂尖自動(dòng)后退，起到補(bǔ)償工件熱變形伸長(zhǎng)的作用。

（4）裝夾方法氨水泵不銹鋼細(xì)長(zhǎng)軸的材料選用316L，由生產(chǎn)方自送，直徑60mm。加工過(guò)程中為了防止跟刀架與卡盤(pán)產(chǎn)生碰觸，經(jīng)過(guò)測(cè)量計(jì)算，坯料的長(zhǎng)度要比工件實(shí)際長(zhǎng)度長(zhǎng)350mm左右，從而滿足跟刀架的正常使用。本細(xì)長(zhǎng)軸采用一夾一頂?shù)难b夾方法，裝夾過(guò)程中要考慮重復(fù)定位的影響，因此我們準(zhǔn)備了3件長(zhǎng)度20mm、直徑6mm的材質(zhì)較硬的彈簧鋼筋，橫向墊放在自定心卡盤(pán)的每一個(gè)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(fù)定位的負(fù)面影響，如圖3所示。

3、工藝安排及車(chē)削過(guò)程

1）先車(chē)削坯料端面，打φ3mm中心孔。裝上跟刀架準(zhǔn)備粗車(chē)，轉(zhuǎn)速180r/min，吃刀量2mm，進(jìn)給量0.1mm/r，向卡盤(pán)方向車(chē)削長(zhǎng)45～60mm時(shí)，將跟刀架支撐爪與工件已加工表面接觸，先裝外側(cè)爪，后裝上側(cè)爪，再裝下側(cè)爪，松緊適中。將坯料分兩次車(chē)削到工件的最大直徑57mm，半精車(chē)和精車(chē)后，達(dá)到圖1中的最大直徑56mm。在這兩次車(chē)削過(guò)程中，要檢測(cè)有無(wú)大小頭，調(diào)試尾座來(lái)進(jìn)行控制。

2）將中心架放置于φ57mm、長(zhǎng)80mm工件的軸臺(tái)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(shí)，3個(gè)支撐爪的力度要適當(dāng)，讓3個(gè)支撐爪與工件已加工表面進(jìn)行磨合，使支撐爪的接觸面光滑整潔，并使用機(jī)油進(jìn)行潤(rùn)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(pán)端（也就是工件左旋螺紋端，稱為左端），先右后左進(jìn)行車(chē)削。車(chē)削右端時(shí)，中心架支撐在工件φ56mm臺(tái)階上；車(chē)削左端時(shí)，中心架放在右端已粗車(chē)完的φ48mm臺(tái)階的最右端，車(chē)刀還要裝在刀架的右邊，這樣拖板與中心架經(jīng)過(guò)測(cè)量后就不會(huì)阻擋，在粗加工、半精車(chē)、精車(chē)及車(chē)削螺紋左右端時(shí)，中心架都要在工件的這兩處與拖板進(jìn)行相互換位支撐，保證車(chē)削正常進(jìn)行。

4）使用90°偏刀，將右端每個(gè)臺(tái)階粗車(chē)至實(shí)際尺寸之上，留1mm余量后，進(jìn)行半精車(chē)和精車(chē)，可用游標(biāo)卡尺測(cè)量。每一個(gè)臺(tái)階的長(zhǎng)度留0.5mm精車(chē)余量，可使用鋼板尺和深度游標(biāo)卡尺測(cè)量。粗車(chē)左端時(shí)，將90°反偏刀裝在刀架的右邊進(jìn)行反向進(jìn)給車(chē)削，外徑留1mm半精車(chē)、精車(chē)余量，這樣重復(fù)車(chē)削每一個(gè)臺(tái)階，直到工件所有臺(tái)階位置、直徑和長(zhǎng)度粗車(chē)完成。

5）半精車(chē)。先半精車(chē)任何一端都可以，為了節(jié)約時(shí)間，不倒換中心架和拖板，直接開(kāi)始半精車(chē)工件的左端。半精車(chē)時(shí)，轉(zhuǎn)速可提高到240r/min，吃刀量0.6mm左右，進(jìn)給量0.1mm/r。把中心架和跟刀架的支撐力度調(diào)整到最佳，使車(chē)削過(guò)程中無(wú)顫動(dòng)現(xiàn)象。這樣進(jìn)行每一個(gè)臺(tái)階的半精車(chē)，留余量0.4mm精車(chē)，同時(shí)把工件臺(tái)階φ56mm精車(chē)到自由公差，然后精車(chē)每一個(gè)臺(tái)階長(zhǎng)度尺寸到要求，用深度游標(biāo)卡尺測(cè)量。用同樣的車(chē)削方法，半精車(chē)工件的右端。

6）一般來(lái)說(shuō)，加工細(xì)長(zhǎng)軸溝槽和螺紋時(shí)都應(yīng)放在半精車(chē)和精車(chē)之間，目的是為了在精車(chē)后工件不再產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)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(dòng)，轉(zhuǎn)速設(shè)定為70r/min，然后精車(chē)兩處螺紋公稱尺寸到φ40（－0.05，－0.10）mm，安裝三角形螺紋車(chē)刀。由于螺紋的螺距較小，采用中心架支撐在φ56mm處，用橫向進(jìn)給法車(chē)削工件的兩處M40×1.5mm左、右旋螺紋。螺紋尺寸要求：d2=D2=d－0.649 5p=40－0.649 5×1.5=39.026（mm），h1=0.541 3p=0.541 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(chē)，再一次檢查調(diào)試中心架的松緊，將整個(gè)工件冷卻，防止精車(chē)后尺寸發(fā)生變化。精車(chē)刀其他角度不變，將刀尖修磨為R0.1～R0.2mm的圓弧角，轉(zhuǎn)速提高到320r/min，進(jìn)給量0.05mm/r，這樣可提高工件的表面質(zhì)量，精車(chē)時(shí)使用外徑千分尺測(cè)量。對(duì)每一個(gè)臺(tái)階的外圓直徑精車(chē)時(shí)，一次不到位可多次車(chē)削，直到公差達(dá)到尺寸要求。工件的左右端精車(chē)完后，使用銼刀倒角、去毛刺。切斷時(shí)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(jīng)檢驗(yàn)工件各部分尺寸達(dá)到要求。

4、結(jié)語(yǔ)

不銹鋼細(xì)長(zhǎng)軸在煉鐵廠煤化區(qū)域氨水生產(chǎn)中是必不可少的，對(duì)我們部門(mén)來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有數(shù)控機(jī)床、磨床的情況下，對(duì)不銹鋼細(xì)長(zhǎng)軸的車(chē)削加工比較困難。通過(guò)不斷地探索，積累經(jīng)驗(yàn)，我們制定出了針對(duì)性的解決方案，加工出了合格的產(chǎn)品，保證了不銹鋼細(xì)長(zhǎng)軸的各項(xiàng)加工精度要求，使用后得到了客戶的高度好評(píng)。

本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2020年第12期第45~47頁(yè)，作者：四川省攀枝花攀鋼工程技術(shù)有限公司周德華，原標(biāo)題：《低溫氨水泵不銹鋼細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)削加工》。

來(lái)源：賢集網(wǎng)