鄭州紡機(jī)工程技術(shù)有限公司/文

水刺線高壓水刺頭制造技術(shù)

鄭州紡機(jī)工程技術(shù)有限公司魏江波 李春營(yíng)/文

本文通過(guò)對(duì)水刺線高壓水刺頭關(guān)鍵件水腔體及壓板結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析，圍繞水腔體及壓板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求及制造難點(diǎn)，開(kāi)展工藝攻關(guān)和試驗(yàn)，提出并優(yōu)化水腔體及壓板制造工藝、簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程、提高批量加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

高壓水腔體、細(xì)長(zhǎng)臺(tái)階面、環(huán)形密封槽高效切削

水刺法非織造生產(chǎn)線突破了傳統(tǒng)的紡織原理，利用高壓水產(chǎn)生“水針”的方法，使纖網(wǎng)相互纏結(jié)、編織在一起成為高強(qiáng)度的水刺布，是紡織機(jī)械領(lǐng)域中技術(shù)含量高、生產(chǎn)效率高、智能化程度高、低能耗、無(wú)污染的一種新型紡織機(jī)械，已成為提供新型紡織材料的一種重要手段，產(chǎn)品被廣泛用于醫(yī)療衛(wèi)生用品、防護(hù)服等諸多領(lǐng)域。

水刺機(jī)是水刺法無(wú)紡布生產(chǎn)流程中的核心設(shè)備，其水刺、纏結(jié)、加固、修飾的效果和效率直接關(guān)系到水刺法無(wú)紡布的產(chǎn)量、品質(zhì)和生產(chǎn)成本。

水刺頭為水刺機(jī)中產(chǎn)生高壓水針的裝置，水刺頭由水腔體、壓板等組成，水腔體與壓板的加工質(zhì)量對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的性能起到十分關(guān)鍵的作用。

本文通過(guò)對(duì)水刺線高壓水刺頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行介紹，設(shè)計(jì)水腔體、壓板生產(chǎn)工藝流程，結(jié)合工藝試驗(yàn)、形成加工規(guī)范，保證產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化生產(chǎn)成本。

1 水腔體、壓板制造難點(diǎn)分析

水腔體、壓板材料選用馬氏體特殊不銹鋼，母材為鍛件，硬度HB260～HB300，硬度高、切削韌性大。該材料中含有少量碳化物，切削時(shí)刀具極易磨損；材料切削韌性大，粘附性強(qiáng)，切屑不易分離，易產(chǎn)生切削瘤，對(duì)工件形位公差及粗糙度影響很大。

水刺頭工作水壓高達(dá)20兆帕，水腔體、壓板屬高沖擊類(lèi)零件，使用材料的質(zhì)量及耐壓性能要求極其嚴(yán)格。零件質(zhì)量級(jí)別為超聲波B級(jí)、各類(lèi)夾雜等級(jí)均≤2.5級(jí)。

水腔體與壓板根據(jù)產(chǎn)品幅寬不同，其長(zhǎng)度分1950mm、2650mm、3650mm三種。為了達(dá)到較好的密封效果，水腔體與壓板連接處凹凸密封槽及斯必克臺(tái)階面均具有較高的形位公差及較低的粗糙度要求。

高壓水腔孔直徑φ53mm、長(zhǎng)徑比＞50，腔體的加工精度直接影響孔與濾網(wǎng)的配合。

水腔體與壓板配合面環(huán)形密封槽：槽寬3.5mm、槽深3.1mm、槽總長(zhǎng)5340mm。環(huán)形槽尺寸公差嚴(yán)格、粗糙度要求較低，其加工難度大、生產(chǎn)效率低。

水腔體與壓板安裝孔：150-M16螺孔、150-φ17/φ26臺(tái)階孔，位置尺寸公差要求較高。馬氏體不銹鋼調(diào)質(zhì)鍛件，硬度偏高，高密度鉆孔難度大。

水腔體與壓板加工時(shí)需去除大量母材，如孔、臺(tái)階、環(huán)形槽等部分，工件易變形。

2 水腔體、壓板制造工藝流程設(shè)計(jì)及工藝措施

2.1制造工藝流程

準(zhǔn)備鍛件料坯，完成水腔體、壓板外輪廓粗加工及水腔孔精密加工后進(jìn)行時(shí)效處理，應(yīng)力釋放后半精加工配合面、粗銑密封槽，再進(jìn)行配合合面精銑，之后完成各槽的精密加工，最后進(jìn)行配合安裝孔的加工。

2.2工藝措施

嚴(yán)控母材質(zhì)量，按批次取樣，進(jìn)行材料取樣化學(xué)成分分析、金相組織分析、力學(xué)性能和探傷檢測(cè)，確保材料毛坯無(wú)質(zhì)量問(wèn)題后方可入庫(kù)；材料夾雜物和超聲波探傷嚴(yán)格按JB/ T6979-92的規(guī)定進(jìn)行整體檢驗(yàn)，滿足超聲波B級(jí)、各類(lèi)夾雜≤2.5級(jí)要求，出現(xiàn)問(wèn)題終止加工。

細(xì)化粗精加工，優(yōu)化切削用量。采取去除金屬層的方式消除工件變形，半精加工后不得校直。采用振動(dòng)消除應(yīng)力，優(yōu)化加工參數(shù)，優(yōu)化工序間加工余量。合理安排刨床切削參數(shù)，簡(jiǎn)化加工與操作要求。

水腔體主要切削參數(shù)表

粗加工前以中間孔為基準(zhǔn)劃加工線，保證孔及各加工面余量均勻。同時(shí)，大平面粗加工、半精加工安排在刨床上進(jìn)行，可有效減少切削力和切削熱的影響。

優(yōu)選刀具加工配合臺(tái)階面，控制切削液質(zhì)量和流量，改善散熱條件。細(xì)化環(huán)形槽及直槽加工工序，利用普通機(jī)床與數(shù)控機(jī)床各自特點(diǎn)，采用普通鋸片銑刀粗銑槽、高精度數(shù)控機(jī)床精加工的制造方案，有效提高零件制造效率。

3 高壓水腔的精密加工

高壓水腔孔直徑φ53mm、長(zhǎng)徑比＞50，直線度要求較高。水腔孔制造分為鉆、擴(kuò)和珩磨三個(gè)階段，加工基準(zhǔn)均選用外形面；采用深孔鉆床配合專(zhuān)用工裝裝夾定位完成深孔加工：鉆孔刀具選用φ48mm合金深孔鉆頭、擴(kuò)孔刀具選取φ53mm深孔擴(kuò)孔刀；最后待應(yīng)力釋放后，采用專(zhuān)用珩磨頭在臥式珩磨機(jī)上珩磨深孔。

深孔鉆采用中心冷卻的方式，配合優(yōu)選切削液，可有效減少切削熱應(yīng)力；合理選擇刀具、加工參數(shù)有利于加工效率的提高與成本的降低，這樣的設(shè)置既能滿足粗加工時(shí)所需要達(dá)到的尺寸、形位公差要求，又能夠最大程度的提高加工效率。

4 水腔體、壓板配合臺(tái)階面的質(zhì)量控制

水腔體與壓板配合面尺寸155X2650（mm）（2650幅寬），平面度較高、粗糙度低，其材料為馬氏體不銹鋼，材料加工性能較差。為了保證工件精度，我們將工藝方案細(xì)化為粗加工、半精加工、精加工三個(gè)階段，采取去除金屬層的方式來(lái)消除工件變形，加工過(guò)程不再進(jìn)行冷校直。通過(guò)精選銑刀、合理優(yōu)化切削參數(shù)，有效保證水腔體與壓板配合合面形位公差要求：粗加工刀具選用合金面銑刀，設(shè)定切削速度120m/ min、切削深度≤3mm、進(jìn)給量100mm/min；半精加工以φ53mm深孔為基準(zhǔn)，刀具仍然選用合金面銑刀，設(shè)定切削速度150m/min、切削深度≤0.5mm、進(jìn)給量150mm/ min；精加工刀具選用帶修光刃的合金面銑刀，設(shè)定切削速度150m/min、切削深度≤0.30mm、進(jìn)給量150mm/min。刀具與切削參數(shù)的選擇應(yīng)在不影響水腔孔、保證水腔體與壓板精度要求的前提下，能夠最大幅度的提高零件制造效率。加工過(guò)程應(yīng)選用最佳冷卻液來(lái)解決工件散熱問(wèn)題，要求冷卻液流量要大，壓力應(yīng)不小于1Mpa。

5 高精度環(huán)形槽的高質(zhì)高效銑削

水腔體、壓板密封槽截面寬3.5mm、深3.1mm，尺寸公差嚴(yán)格，水腔體環(huán)形槽總長(zhǎng)5340mm（壓板稍短）；密封槽加工難度在于如何提高效率、保證質(zhì)量。我們通過(guò)細(xì)化密封槽加工方案，采用普通設(shè)備鋸片銑刀粗銑槽、高精度數(shù)控機(jī)床精加工的工藝方案，將環(huán)形槽加工工序細(xì)分為粗加工和精加工兩個(gè)階段，充分發(fā)揮普通機(jī)床與數(shù)控機(jī)床各自?xún)?yōu)勢(shì)，大幅提高零件加工效率。

環(huán)形密封槽粗加工環(huán)節(jié)利用龍門(mén)銑側(cè)銑頭配合合金三面刃銑刀來(lái)完成環(huán)形槽直線部分的粗加工，刀具厚度2.7mm；數(shù)控銑床配合合金圓柱銑刀來(lái)完成環(huán)形槽的拐角處的粗加工，刀具直徑φ2.7mm。

環(huán)形密封槽精加工環(huán)節(jié)設(shè)備選用數(shù)控龍門(mén)銑、立式加工中心，精銑刀具為專(zhuān)用成型合金銑刀，要求一次加工成型。密封槽的精加工要求與水腔體、壓板配合面精銑同時(shí)進(jìn)行，采取一次裝夾成型，利用數(shù)控設(shè)備自身精度來(lái)保證工件形位公差要求。

6 水腔體、壓板配合安裝孔的位置公差控制

為保證水刺頭密封效果及產(chǎn)品穩(wěn)定性，水腔體與壓板配合面設(shè)計(jì)多處安裝孔。安裝孔位置精度高、零件材質(zhì)較硬，加工難度大。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，最終確定安裝孔加工方案為：中心鉆點(diǎn)窩后進(jìn)行鉆、擴(kuò)孔，最后攻絲。加工設(shè)備選取數(shù)控立式加工中心，點(diǎn)窩刀具選用中心鉆，鉆孔刀具選用合金鉆頭，擴(kuò)孔刀具選用合金擴(kuò)孔刀。攻絲工序細(xì)分為一攻、二攻，有效保證螺紋精度要求。安裝孔的加工與配合面、環(huán)形槽精銑同時(shí)進(jìn)行，通過(guò)一次裝夾定位、采取先面后孔的原則，有效保證安裝孔與定位面的相對(duì)位置精度。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著紡機(jī)設(shè)備不斷改造、升級(jí)，產(chǎn)品整體性能的提升對(duì)零部件制造精度要求也越來(lái)越高。我們經(jīng)過(guò)不懈努力，順利完成水刺線高壓水刺頭工藝開(kāi)發(fā)工作，滿足了產(chǎn)品研制需要。最終，水刺頭密封配合面平面質(zhì)量得到有效控制，密封槽槽寬與深度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，密封效果良好，配合孔安裝滿足了一次性裝配要求，水腔體與壓板互換性得到大幅提升。

高壓水刺頭的制造成功，為高產(chǎn)水刺法非織造布生產(chǎn)線性能的提高奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[1] 楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊(cè).北京.機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[2] 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè).上海.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1982.