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        輥磨磨輥軸深孔加工工藝探討

        2013-10-23 01:32:12周建董艷超
        水泥技術(shù) 2013年4期
        關(guān)鍵詞:深孔輥軸外排

        周建,董艷超

        1 引言

        我公司是中材裝備集團(tuán)旗下的水泥裝備生產(chǎn)企業(yè),磨輥軸是新型干法水泥生產(chǎn)線中輥磨系列裝備中的重要工件之一。以前磨輥軸深孔加工工序一直是困擾我們公司生產(chǎn)的一道難題,由于沒(méi)有相應(yīng)的設(shè)備及工藝條件,無(wú)法進(jìn)行加工。公司通過(guò)技術(shù)人員努力攻關(guān),與山東德州博奧機(jī)械有限公司合作設(shè)計(jì)制造了加工磨輥軸深孔的專用設(shè)備,在加工深孔的過(guò)程中,通過(guò)選擇合理的工藝參數(shù),解決了加工磨輥軸深孔的難題,滿足了工件的設(shè)計(jì)要求。

        2 深孔加工簡(jiǎn)介

        2.1 深孔加工特點(diǎn)

        所謂深孔,就是孔的長(zhǎng)度L與孔的直徑d比值大于10的孔(L/d≥10孔),深孔加工難度高,是機(jī)械加工中的關(guān)鍵性工序,且深徑比值越大,深孔加工難度就越高。

        深孔加工是在封閉狀態(tài)下進(jìn)行的,刃具受孔徑、孔深的限制,操作者不能直接觀察刃具切削情況。聽(tīng)、看、摸的判斷與操作者的經(jīng)驗(yàn)及技能水平有關(guān),加工過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生切削時(shí)刃具振動(dòng)、磨損、崩刀、排屑困難、孔鉆偏等異常情況。

        2.2 深孔刃具分類

        加工深孔的刀具按刃具分為槍炮型刃具(單刃結(jié)構(gòu))和多刃高壓冷卻液刃具,按排屑方法分內(nèi)、外排屑法。內(nèi)、外排屑法的基本差別是十分簡(jiǎn)單的。內(nèi)排屑,切屑通過(guò)刃具頭端的切屑嘴進(jìn)入管狀刀桿的中心排出。外排屑,切屑順著溝槽或者圍繞著刀桿的外面排出。

        3 磨輥軸加工要求及深孔機(jī)床簡(jiǎn)介

        3.1 磨輥軸深孔加工要求

        磨輥軸如圖1所示:材料:40Cr;重量:2490kg;調(diào)質(zhì)處理,硬度:220~269HB,需要加工3個(gè)深孔,分別為孔徑?60mm、?30mm,長(zhǎng)2240mm,孔徑?20mm,長(zhǎng)1310mm的深孔,前者為深度貫通孔,后者為深度盲孔,無(wú)論貫通孔還是盲孔必須要保證孔的直線性、表面粗糙度等技術(shù)指標(biāo)。三個(gè)孔的深徑比(L/d)分別為:37.3;74.7;65.5。需要在專用深孔機(jī)床上使用深孔刃具進(jìn)行加工。

        3.2 鉆深孔的機(jī)床設(shè)備

        我公司磨輥軸加工選用的設(shè)備由兩部分組成:前半部分為T(mén)B2120型深孔鉆床機(jī)身,如圖2所示;后半部分為我公司設(shè)計(jì)制造的工作臺(tái)及裝卡找正工具,如圖3所示。

        深孔鉆床主要由授油器、鉆桿箱、進(jìn)給托板、進(jìn)給部分、液壓泵站、冷卻系統(tǒng)、馬達(dá)裝置、電氣控制系統(tǒng)、手動(dòng)裝置、鉆桿支架、排屑斗、鉆桿、鉆頭等組成。

        機(jī)床主要參數(shù):鉆孔最大直徑:80mm;最大深度:3000mm;主軸轉(zhuǎn)速:61~1000r/min;進(jìn)給速率:5~1000 mm/min;冷卻系統(tǒng)額定壓力:2.5MPa。

        工作臺(tái)及裝卡找正工具由工作臺(tái)(能前后移動(dòng))、V型鐵(固定在工作臺(tái)上)、墊板(能升降V型鐵)、找正頂尖等組成。

        3.3 深孔刃具的選擇(圖4、圖5)

        內(nèi)、外排屑法的深孔刃具,從使用的效果看,兩種刃具使用消耗的費(fèi)用大致相等,內(nèi)排屑比外排屑鉆進(jìn)速率要快3~4倍,外排屑的費(fèi)用和壽命則優(yōu)于內(nèi)排屑。但在加工直徑超過(guò)?30mm的長(zhǎng)孔時(shí),內(nèi)排屑法則比較優(yōu)越。

        因此,上述磨輥軸?60mm孔的加工,我公司選用的是錯(cuò)齒(3刃)內(nèi)排屑深孔刃具,如圖4所示。對(duì)于? 20mm孔的加工,選用的是槍鉆(單刃外排屑深孔刃具),如圖5所示。從使用效果來(lái)看,一直表現(xiàn)較好。而對(duì)于?30mm孔的加工,選擇內(nèi)、外排屑法刃具均可。但如果孔深較深時(shí),一般選用內(nèi)排屑深孔刃具,孔深較淺時(shí),一般選用槍鉆刃具,效果較好。

        4 磨輥軸深孔加工實(shí)例

        4.1 加工工藝路線

        (1)準(zhǔn)備工作:選擇合適的刃具,調(diào)整V型塊間距及高低(粗調(diào)整)。上工件,磨輥軸大頭對(duì)機(jī)床方向,架在兩個(gè)V型塊上。軸頭方對(duì)著機(jī)床一),用導(dǎo)向套加自制頂尖,按軸端面劃線點(diǎn)找正。調(diào)整工作臺(tái)和V型塊下方升降螺栓,軸尾方以同樣方式找正。

        (2)工件裝卡:用夾板、壓緊螺栓將工件緊固在工作臺(tái)上。調(diào)整深孔鉆鉆頭、鉆桿、機(jī)頭、托架、授油器等,夾緊相應(yīng)夾具,緊固授油器。

        (3)工件加工:開(kāi)動(dòng)授油器,往前點(diǎn)動(dòng),頂在軸端密封墊處。開(kāi)水泵,選擇合理轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量,觀察排屑。注意壓力表、電壓表,有過(guò)載現(xiàn)象立刻停止加工。工件打通后,卸下鉆頭,退出鉆桿,測(cè)量孔距。

        (4)換孔加工:松開(kāi)壓件螺栓,調(diào)整工作臺(tái)、V型塊,用相同方法繼續(xù)加工。

        4.2 加工過(guò)程控制

        4.2.1 刃具的選用、保護(hù)和使用前檢查

        加工前刃具的選用、鉆頭的狀態(tài)檢查及用后的存放保護(hù)非常重要。使用深孔刃具前,首先檢查鉆頭BTA30mm導(dǎo)向板、刀片,導(dǎo)流槽、排屑槽是否正常,如有毛刺損傷,需維修后再使用。然后檢查鉆桿的直線度及跳動(dòng),直線度<2mm、徑向跳動(dòng)量<0.1mm時(shí)方可使用,以確保加工過(guò)程中鉆桿不振動(dòng)、鉆頭不損壞。使用完后,再次檢查刃具狀態(tài),拆下鉆頭單獨(dú)存放,鉆桿垂直懸掛,以防彎曲變形。

        4.2.2 深孔加工參數(shù)實(shí)際應(yīng)用(表1)

        磨輥軸的深孔加工經(jīng)我公司技術(shù)人員不斷摸索,已經(jīng)掌握了加工孔徑?20mm、?30mm、?40mm、?60mm等深孔的成熟加工工藝。早期加工階段由于經(jīng)驗(yàn)不足,找正繁瑣復(fù)雜,導(dǎo)向板、刀片在加工完成后難以拆卸,鉆頭損壞,鉆桿彎曲,排屑不暢,耗材嚴(yán)重,有時(shí)甚至出現(xiàn)孔鉆偏等一系列問(wèn)題。

        表1 ?60mm深孔加工工藝參數(shù)比較表

        表2 內(nèi)排屑深孔鉆頭的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、鉆進(jìn)速率、冷卻液壓力表*

        分析產(chǎn)生問(wèn)題的原因,我們首先對(duì)深孔鉆床進(jìn)行檢修,排除設(shè)備故障,再對(duì)轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、鉆進(jìn)速率、壓力等進(jìn)行調(diào)整。在加工磨輥軸? 60mm、深2240mm孔時(shí),通過(guò)采用低轉(zhuǎn)速低進(jìn)給量、低轉(zhuǎn)速高進(jìn)給量,高轉(zhuǎn)速低進(jìn)給量、高轉(zhuǎn)速高進(jìn)給量四個(gè)方面進(jìn)行鉆孔試驗(yàn),終于成功摸索出比較理想的深孔加工工藝參數(shù),鉆孔效果良好。具體加工過(guò)程的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。通過(guò)試驗(yàn),在轉(zhuǎn)速452r/min、鉆進(jìn)速率83mm/min、冷卻液壓力0.75MPa的情況下,鉆孔達(dá)到了完美的狀態(tài),排屑也是理想的“C”型鐵屑,孔的偏移量最大偏差0.50mm。

        我們用這種加工參數(shù)連續(xù)試驗(yàn)了6根軸,均達(dá)到了預(yù)期效果。在此基礎(chǔ)上,嘗試了其他尺寸的深孔加工,也得到了滿意的效果。在當(dāng)前機(jī)床性能下,我們公司已能有效保證輥磨磨輥軸深孔加工的偏移量在1mm之內(nèi),并提高加工效率2~3倍。由原加工一個(gè)?60mm的深孔需要100min,提高到只需要40min,原鉆深孔過(guò)程中通常需要更換1次刀片,現(xiàn)一塊刀片可以鉆5個(gè)孔,機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

        5 磨輥軸深孔加工工藝參數(shù)探討

        5.1 切屑的形成和控制

        在磨輥軸加工深孔時(shí),多刃刃具可以在有限的范圍內(nèi)控制其所形成的切屑類型。增加刃具的轉(zhuǎn)速可使切屑變得較細(xì),較細(xì)的切屑在冷卻液的壓力下可以向刃具的前方懸出。使切屑減小的最簡(jiǎn)單的方法是增大進(jìn)給量,從而使切屑變厚折斷而不彎曲。

        5.2 轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量

        較高的轉(zhuǎn)速趨向于得出較薄的切屑,這樣的切屑容許增大進(jìn)給量和鉆進(jìn)速率。增加進(jìn)給量時(shí),較厚的切屑斷開(kāi)成“C”形狀,使切屑得以經(jīng)過(guò)溝槽排出。減少進(jìn)給量時(shí),較薄的切屑經(jīng)常卷曲成條狀,排屑不暢,易堵。

        加工深孔過(guò)程中,為降低加工成本和改進(jìn)表面光潔度,有時(shí)經(jīng)常采用高的切屑速度,但由于工件材料有磨損刃具的刃口的趨勢(shì),機(jī)床功率和主軸能量的限制,刃具的直徑及鉆具本身長(zhǎng)度與直徑的比值較大等原因,切屑速度應(yīng)有所限制[1]。

        5.3 冷卻液壓力

        冷卻液的作用是:從切削區(qū)域和刀槽向刃具的前方?jīng)_掉切屑。高壓力使切削液能夠到達(dá)切削刃上,起到保持潤(rùn)滑、控制溫度和幫助斷屑作用。切屑能夠滿意地排出并不是用來(lái)判斷壓力恰當(dāng)與否的唯一標(biāo)準(zhǔn),即使能夠滿意地排出切屑,而壓力可能仍然并不恰當(dāng)[1]。通過(guò)不斷摸索,我們總結(jié)出轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、鉆進(jìn)速率、冷卻液壓力的關(guān)系如表2所示。

        6 結(jié)語(yǔ)

        深孔加工是機(jī)械加工行業(yè)中比較難而復(fù)雜的一道工序,本文中列出的一些具體數(shù)據(jù)是我們公司在加工具體的磨輥軸深孔上獲得的一些試驗(yàn)結(jié)果,一些參數(shù)的選擇和應(yīng)用是在特定的生產(chǎn)條件下取得的,并不能夠?qū)⑺鼈冏鳛闃?biāo)準(zhǔn)使用,僅為讀者提供有益的參考。

        [1][美]霍爾登 J.斯溫哈特編輯,管光晉譯.深孔加工[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社出版,1974.77,116.■

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