軋輥深孔加工工藝研究
2015-11-12 來源：寶鋼軋輥科技有限責(zé)任公司 作者：王進(jìn)義
摘要： 由于目前在機加工行業(yè)內(nèi)加工高精度深孔是一個很大的難題，沒有一種很好的解決辦法，通常的加工辦法往往加工效果差，精度低，因此，本文介紹了一種軋輥生產(chǎn)過程中高精度端部深孔的加工工藝方案，對如何選擇機床設(shè)備、定位基準(zhǔn)和裝夾方法、工藝規(guī)程及參數(shù)的選擇以及內(nèi)孔尺寸公差的測量方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，解決了一些加工工藝難題，和加工深孔的難題。
0 引言
在普通鉆床、車床、鏜銑床上加工，大孔采用車床或鏜床先進(jìn)行鉆加工、然后進(jìn)行鏜加工。通常講的深孔一般是指長徑比大于10 的孔，而對于長徑比大于50mm 的深孔而言由于受到加長鉆頭剛性的影響，在加工過程中要保證加工的不偏心實現(xiàn)起來有很大的困難。
1 軋輥深孔的加工
1.1 深孔加工的特點
孔加工的幾大問題：排屑、散熱和導(dǎo)向問題，主要表現(xiàn)在：
①鉆孔時不能直接觀察刀具的切削狀況，工作過程中只能憑借聽聲音、看切屑、摸振動等外觀現(xiàn)象來判斷切削過程是否正常；
②孔的長徑比大、鉆桿細(xì)而長、剛性低、易振動、鉆孔易走偏，因此，支撐及導(dǎo)向十分重要；
③切削熱不易散出，工作條件惡劣，必須采用有效的冷卻方式。
1.2 軋輥深孔加工難點分析
工件深孔如圖1 所示，材料為H13 鍛鋼，成品重量3555kg，裝配圖如圖2 所示，出口產(chǎn)品。設(shè)計要求：孔深5050mm 由三個臺階孔組成，最外端內(nèi)孔粗糙度Ra0.8，里面兩深孔為60 度錐面連接，同軸度準(zhǔn)0.1mm，裝配深度450mm，裝配間隙端部塞尺0.1 塞不進(jìn)，過盈量0.28-0.35mm。針對這種總長較長，長徑比大、同軸度要求高的精密產(chǎn)品，加工此種產(chǎn)品的難度如下：
①軋輥噸位較重長度較長裝夾定位困難；
②內(nèi)孔較深，粗糙度Ra0.8，同軸度≤準(zhǔn)0.1mm；
③裝配過盈量0.28 -0.35mm， 裝配輥頸部分長450mm，必須保證裝配面的圓柱度
④輥身淬火，因此熱裝時溫度不能高于回火溫度，增加了裝配的難度，同時對孔的尺寸精度要求提出了更高的要求。
在此種情況下，加工此類深孔對位置及加工效果要求較高，加工難度大，為此本文進(jìn)行了詳細(xì)的分析和探索，制定了切實有效的加工工藝方案。
1.3 加工設(shè)備的確定
如何正確選擇加工設(shè)備是保證加工質(zhì)量很重要的環(huán)節(jié)，加工設(shè)備的選擇是否得當(dāng)，對于產(chǎn)品的加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率有很大的影響。該輥內(nèi)孔如在車床上加工難度較大：工件較長，裝夾困難，易變形，需多中心架支撐，并需要設(shè)計輔助工裝；刀桿處于懸臂狀態(tài)，剛性差，加工時會產(chǎn)生振動和讓刀現(xiàn)象；加工兩內(nèi)孔錐度連接面時加工難度較大。綜上所述，選擇車床加工，不但操作復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，加工質(zhì)量無法保證。因此，為縮短加工工序步驟，前期粗鏜孔可采用車床加工，最終工序需采用數(shù)控鏜對內(nèi)孔進(jìn)行精加工。鑒于以上狀況，結(jié)合寶鋼軋輥科技有限責(zé)任公司設(shè)備及工件特點，確定最終孔的加工選擇在TK6916 數(shù)控鏜床上加工。
1.4 加工工藝措施
最優(yōu)工藝方案的選擇就是確定一條達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的最低成本或最少加工時間的工藝路線。要達(dá)到圖紙設(shè)計要求，首先必須從工藝上保證工件的加工精度。如何在多種加工工藝路線中選擇一種最優(yōu)方案是本文關(guān)注的問題。
1.4.1 孔的加工工藝規(guī)程
①產(chǎn)品半精車后在車床上進(jìn)行鉆導(dǎo)向孔準(zhǔn)100 深100mm；
② 按圖紙要求用深孔鉆進(jìn)行鉆深孔準(zhǔn)100、準(zhǔn)180 及圓錐過渡部分；
③車床上鏜孔準(zhǔn)210（0，+0.029）至準(zhǔn)200，深475mm，車出圓角R5；
④實配悶頭，并進(jìn)行粗磨、淬火、精車等工序；
⑤拆除悶頭，以外圓為基準(zhǔn)，對準(zhǔn)210（0，+0.029）孔進(jìn)行精鏜加工；
⑥檢驗內(nèi)孔尺寸及粗糙度等保證滿足圖紙要求。
1.4.2 精鏜孔時工件的定位與裝夾
軋輥在鏜床工作臺上初步定位之后，以鏜床主軸為基準(zhǔn)進(jìn)行找正，確定工件與鏜床之間的相對位置，找正用百分表測試的方法控制工件在水平方向和垂直方向的誤差，一般控制在0.02mm 以內(nèi)。軋輥找正定位后，為了減少變形和夾緊力，采用壓板將軋輥加緊固定，在安全可靠的前提下，大大減少了加工時的振動，提高了加工精度。
1.4.3 切削參數(shù)的選擇
為了避免內(nèi)孔產(chǎn)生圓柱度超差，且內(nèi)孔無法采用磨削加工，因此，采用高速鏜削的方法，切削過程中保證切屑和加工表面的塑性變形小，并提高了表面的加工粗糙度。內(nèi)孔加工是連續(xù)切削，因此采用YT15 鎢鈷鈦類合金刀具進(jìn)鏜加工時需先進(jìn)行粗鏜加工，粗加工后需根據(jù)外圓檢驗鏜桿是否發(fā)生了移動，檢驗無變化后進(jìn)行最終的精鏜加工，為了避免因為溫度的變化影響加工精度，內(nèi)孔精鏜的最后一刀最好在環(huán)境變化較小的晚上進(jìn)行，并一次性連續(xù)走刀加工完成。
1.4.4 冷卻潤滑
冷卻潤滑液在深孔加工中主要起冷卻、潤滑、沖刷、減振和消聲的作用。加工中產(chǎn)生的切削抗力，消耗很多的能量，而且其切向和徑向分力作用在導(dǎo)向塊上，與孔壁產(chǎn)生較大的摩擦力，都轉(zhuǎn)化為很多的切削熱，這些熱量主要靠冷卻潤滑液把它帶走。冷卻潤滑液在導(dǎo)向塊與孔壁之間建立起液壓支撐，可降低導(dǎo)向塊的摩擦，減小功率消耗。冷卻潤滑液的沖刷作用，是靠一定的壓力和流量的冷卻液將切屑由切削區(qū)沖刷出來，實現(xiàn)排屑作用。由于在工作區(qū)內(nèi)部充滿了一定壓力的油液，能減弱由切削運動和摩擦作用所產(chǎn)生的振動和噪音。
1.4.5 尺寸測量
在加工完成后測量內(nèi)孔尺寸時，如果不抽出鏜桿，內(nèi)徑千分尺無法測量，若抽出鏜刀桿，測量后需要重新找正，很不方便。可采用在鏜排上過鏜桿中心位置鉆一安裝內(nèi)徑千分尺的孔，使內(nèi)徑千分尺延長桿能插進(jìn)去，如圖3 所示使用時，只要將將內(nèi)徑千分尺插入鏜桿上徑向孔內(nèi)，移動工作臺，固定測頭接觸產(chǎn)品內(nèi)孔，用于轉(zhuǎn)動微分頭接觸內(nèi)孔，緊固微分頭，然后拿出，便可準(zhǔn)確測量內(nèi)孔的實際尺寸。
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