蘇州蘇福馬機(jī)械有限公司 (江蘇 215011)黃初榕

平壓式連續(xù)壓機(jī)是人造板制造行業(yè)最先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，是集高科技、精密、尖端、重型機(jī)電于一體化的產(chǎn)品。設(shè)計(jì)上要求設(shè)備具有結(jié)構(gòu)精密剛性、傳動(dòng)高速平穩(wěn)、機(jī)構(gòu)柔性準(zhǔn)確、耐磨可靠等高要求，也給制造工藝提出了在高溫、高壓、快速、重載、寬幅等條件下的各零部件材料強(qiáng)度可靠和幾何精度保證的要求。作為連續(xù)壓機(jī)設(shè)備中主要部件的熱壓板組(上下各五塊)，以高硬強(qiáng)韌的彈性、耐磨和耐熱、寬幅超長的一級(jí)平板平面精度、多塊拼接的等厚尺寸精度、高光鏡面的低表面粗糙度值和導(dǎo)入端“一平二斜兩圓弧”的復(fù)雜曲面數(shù)控加工等要求，是工藝加工中需解決的主要問題。

1.工藝難度分析

熱壓板是傳壓、傳熱的載體和鋼帶運(yùn)行時(shí)鏈毯的工作臺(tái)面，因此對熱壓板的要求較高，這不僅體現(xiàn)在對熱壓板的幾何尺寸精度和熱壓板拼接精度要求上，更體現(xiàn)在對熱壓板的材質(zhì)和硬度要求的特殊性上，這決定了熱壓板有以下幾個(gè)工藝特性。

(1)高硬強(qiáng)韌 熱壓板材料為14Cr1MoR 鉻鉬合金鋼，經(jīng)過壓淬回火后表面硬度400 HBW 以上，既具備了鉻鉬合金鋼特有熱強(qiáng)韌性，又兼有熱處理后的高硬耐磨性，其可切削性處于合金鋼的高硬和強(qiáng)韌的高難兩端，切削難度大幅提高，這對刀具提出了耐硬磨、耐強(qiáng)熱、高效光潔的高標(biāo)要求。

(2)幅面大幾何精度高 熱壓板最大一塊為130mm 7 000 mm×2 650 mm，寬向上為平直度0.015mm 的一級(jí)平板要求，長向上為平面度0.10mm的二級(jí)平板要求，板間等厚度0.03mm，拋光達(dá)鏡面表面粗糙度值Ra=0.4～0.8μm，其要求的精度非常高(見圖1)。

(3)易變形 具備壓淬、幅面大、硬韌特點(diǎn)的熱壓板主要有三種變形:一是應(yīng)力變形，由于不對稱的切削會(huì)使原有的內(nèi)應(yīng)力平衡破壞而產(chǎn)生表面晶粒扭變;二是撓性變形，由于工件剛性不足受自重而下?lián)弦饌纹降臍堄嘧冃?三是熱變形，由于材料的高硬強(qiáng)韌使切削中產(chǎn)生大量的熱而引起熱脹變形。即使這幾種變形是微量累積，也可以輕易破壞來之不易的平面精度。

圖1

(4)復(fù)雜曲面數(shù)控加工 其中有上下兩塊熱壓板導(dǎo)入端為“一平二斜兩圓弧”曲面板，其寬向平直度及長向輪廓度和表面粗糙度要求與平板一致，是高精+曲面的難度組合加工。

2.刀具的試驗(yàn)和選擇

針對熱壓板的材料特點(diǎn)和精度要求，我們進(jìn)行了刀具試驗(yàn)，達(dá)到以下四個(gè)目的:一是為粗銑加工找到低成本的刀片，以節(jié)約成本;二是為半精銑加工找到耐磨和成本相宜的刀片，以獲得最佳性價(jià)比;三是為精銑找到強(qiáng)韌耐磨的精細(xì)刀片，以一次完成大面加工，保證一級(jí)平板平面精度要求;四是為以上三種刀片找到合適的切削三要素。

經(jīng)過大量加工試驗(yàn)，并結(jié)合實(shí)際熱壓板粗、半精、精加工的印證，我們確定了粗、半精、精銑刀片及刀盤和各切削參數(shù)，如附表所示。

刀具及切削參數(shù)

另外，在精銑時(shí)，刀盤需在精密的對刀儀上調(diào)整，保證諸多切削刀片高度誤差要最小，修光刃刀片高度誤差也要最小，并且修光刃刀片要比切削刀片略高一點(diǎn)。

3.變形控制方案

生產(chǎn)實(shí)踐證明，變形是取得精密形位要求的最大障礙，由于熱壓板本身的撓性，由應(yīng)力、重力、熱力產(chǎn)生的變形如夢魘般跟隨著生產(chǎn)全過程，時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，累積后輕易破壞辛苦獲得的加工精度，所以控制變形尤為重要。

(1)工裝設(shè)計(jì) 平面加工的定位看似很簡單，對大規(guī)格、高精度的熱壓板加工來說卻隱含著兩個(gè)重要的因素:剛性和大面，即定位是剛性的，定位是大面的。因?yàn)閯傂圆粚?shí)的定位和可以自重下?lián)系亩ㄎ?，都?huì)影響最終的加工精度。我們確定的平面加工工裝方式是在等高方箱上安裝電磁吸盤形成定位大面，用扭力扳手緊固保證定位剛性。有三個(gè)作用:一是由于機(jī)床橫梁固定，通過方箱保證工件一定高度，增加Z 軸和刀盤的切削剛性;二是用電磁吸盤的吸力代替壓緊工件裝置，無阻礙方便加工;三是可以隨著余量和切削力的大小調(diào)整電磁盤吸力，使熱壓板應(yīng)力和熱脹向四周延伸更為自由，工件處于相對更自然狀態(tài)。

(2)變形控制 熱壓板工件在壓淬火后經(jīng)過了中溫回火，切實(shí)減少了材料的內(nèi)應(yīng)力，但仍殘留淬火應(yīng)力、焊接應(yīng)力，我們使用二大平面對稱加工的辦法，一方面均衡釋放應(yīng)力，保持應(yīng)力平衡，另一方面也是運(yùn)用高點(diǎn)浮出法，使得基準(zhǔn)基礎(chǔ)越來越好，讓熱壓板平面在反復(fù)翻身加工中逐步趨平。另外，在切削液的選擇上使用大流量全程乳化液強(qiáng)力冷卻，大幅減小切削熱脹變形。通過這些方法，有效控制了三個(gè)變形的因素。

4.平板加工實(shí)踐

(1)機(jī)床調(diào)整措施 我們在精切加工試驗(yàn)中，有時(shí)會(huì)觀察到板面上有正紋、網(wǎng)紋、反紋甚至組合出現(xiàn)。正紋過大，使板面橢圓凹面;網(wǎng)紋凌亂，破壞了板面表面粗糙度;反紋拖刀，使得刀具磨損成倍加劇。有時(shí)也會(huì)看到明顯有手感的接刀痕，加大了精銑和拋磨工作量。我們使用激光掃描檢測和分析，認(rèn)為這些現(xiàn)象都是橫梁Y 軸的直線度超差和主軸在XY 面內(nèi)雙向垂直度形位要求超差引起。我們首先精細(xì)調(diào)整機(jī)床，使這兩項(xiàng)精度在要求的范圍內(nèi);其次規(guī)定加工時(shí)鎖定Z 軸、Y 軸單向進(jìn)刀及向加工方向微量正斜;為提高切削效率，在滿足最小接刀痕的前提下，減少X 軸向前后接刀重合度，以抑制亂紋和接紋的產(chǎn)生。

(2)平板加工工藝 熱壓板工作大面加工實(shí)行粗、半精、精、磨拋工序分開的原則。

在粗加工階段，務(wù)必使零件處于自由狀態(tài)、周邊側(cè)擋進(jìn)行切削。零件與裝夾平臺(tái)之間間隙用銅皮塞實(shí)，因?yàn)榱慵哂袕椥?，如壓緊進(jìn)行切削，加工完放置一段時(shí)間后很可能會(huì)因反彈導(dǎo)致零件嚴(yán)重變形。為了使應(yīng)力平衡釋放，減小變形，最好能夠做到一刀一翻身加工。對于粗加工切削刃具的選擇，首先刀盤不宜過大，否則主軸相對于走刀方向任何微弱的橫向傾角都將帶來很明顯的接刀痕跡;其次刀片裝夾主偏角最好為90°，這樣被加工表面將不會(huì)受到軸向不利的壓力作用。

半精加工階段，裝夾、加工方式及注意事項(xiàng)同粗加工工序。對于切削刃具的選擇，同樣選擇刀片裝夾主偏角90°的刀盤，為了更好地保證切削性能和穩(wěn)定性，選擇較好的進(jìn)口刀盤及刀片，以達(dá)到更好的半精加工效果。在刀片選擇上，我們最終確定刃線具有高韌性和耐磨性、適合淬硬鋼加工的刀片作為半精加工刀片。

精加工階段，板面已基本平整，將零件放置于電磁鐵臺(tái)面上，通電后磁力固定零件。加工時(shí)仍然恒定Z 軸坐標(biāo)，走刀定為Y 軸單向加工，加工過程伴隨高壓切削液冷卻，并隨時(shí)觀察刀片磨損情況。我們的經(jīng)驗(yàn)是，刀片的耐磨度完成不了整個(gè)面的精加工，必須更換一次刀片。在切削刃具選擇方面，刀盤選擇了適合淬火鋼高速加工的高鋁合金刀體刀盤，刀片高度微米級(jí)可調(diào)式裝夾，內(nèi)置冷卻保證了冷卻的同時(shí)能夠有良好的排屑性能。切削三要素按刀具試驗(yàn)確定的參數(shù)執(zhí)行。

磨拋階段，使用千葉輪和拋盤進(jìn)行磨拋加工，無需冷卻。千葉輪為粗磨工具，以拋去走刀痕跡和接刀紋為最終目的，拋盤為精磨工具，以降低表面粗糙度值為最終目的。

值得注意的是，在粗加工→半精加工→精加工→磨拋加工整個(gè)加工過程中，每完成一次整面加工都需對板面的平面度、Y 向直線度、板厚以及臺(tái)階厚度進(jìn)行檢測跟蹤并作記錄，以保證本道工序加工零件質(zhì)量不影響下道工序正常進(jìn)行。

5.曲面加工實(shí)踐

(1)主型線和定位 圓弧熱壓板的上型線由“一平+二斜+二圓弧”組成(見圖2)，工序確定以“一斜+兩圓弧”為主型線，其理由是:這是條相切的光滑連續(xù)線，一次編程加工保證其型線的光滑過渡。在定位上采用將一斜線墊平，其優(yōu)點(diǎn)是:讓斜線轉(zhuǎn)化成平面加工，減少了直線插補(bǔ)銑削，使其加工精度和效率更高。

圖2

(2)刀具選用 第一，考慮到直角刀片與圓刀片的切削余料形狀，以及圓刀片能更好地減少精加工刀片所受的沖擊力，故而采用圓刀片式的可回轉(zhuǎn)刀具。第二，其所使用的圓刀片直徑則直接影響了加工精度。從CAD 圖可知，刀片直徑越大，走同樣步距所形成的波峰越小，獲得更低的表面粗糙度值(見圖3)。第三，選用更多刀片密齒刀盤，減少每齒的切削量，可大幅提高刀具的切削效率和刀片耐磨度。

圖3

(3)精銑曲面編程 精加工時(shí)，走刀路線確定為寬度方向的單向進(jìn)給 (即在短邊上進(jìn)行走刀進(jìn)給)，有三個(gè)原因:一是在短方向切削，每走一道線可在較短時(shí)間進(jìn)入空切削狀態(tài)，使刀片連續(xù)切削時(shí)間少，有利于延長刀片壽命;二是工件橫向直線度要求較高，在寬度方向橫向切削有利于保證工件要求的直線度;三是工件表面粗糙度值要求較小，采用單向切削可使走刀紋路趨于一致，有利于保證工件表面粗糙度。通過CAD 造型，CAM 刀具軌跡生成，POST 后處理，DC 在線傳輸，獲得曲面仿真走刀如圖4 所示。

圖4

(4)曲面拋磨 通過“一平+二斜+二圓弧”曲線符合機(jī)床特點(diǎn)的YZ 面內(nèi)的插補(bǔ)編程并配以磨盤，拋光精銑曲面的加工微痕，實(shí)現(xiàn)曲面的高輪廓度和鏡面效果。

6.結(jié)語

我們經(jīng)過工藝設(shè)計(jì)，結(jié)合工藝試驗(yàn)各項(xiàng)成果，通過采取精密數(shù)控機(jī)床調(diào)整措施，對工件內(nèi)應(yīng)力變形的控制、合理的刀具選擇、切削三要素及加工技巧實(shí)踐和切削附件、定位工裝、量表量儀、乳液強(qiáng)冷配置等工藝組合方法，在耐熱高硬強(qiáng)韌材料一級(jí)平板平面的平板、曲面加工中執(zhí)行，高效完成了熱壓板組零件精密加工，符合圖樣的各項(xiàng)技術(shù)要求和指標(biāo)，熱壓板組加工工藝達(dá)到了國內(nèi)同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。