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        橡膠軋輥深孔加工工藝研究

        2020-04-23 11:12:56中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司張貴敏孫熙釗劉振立何彥杰馬曉龍
        金屬加工(冷加工) 2020年4期
        關(guān)鍵詞:輥身斜孔通孔

        ■中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司 ■張貴敏 孫熙釗 劉振立 何彥杰 馬曉龍

        ■軋輥復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 (河北邢臺(tái) 054025)

        1. 橡膠軋輥結(jié)構(gòu)及加工難點(diǎn)分析

        橡膠軋輥是橡塑機(jī)械行業(yè)的重要部件。隨著行業(yè)的發(fā)展,橡膠軋輥采用周邊冷卻水孔的設(shè)計(jì),包括直孔、斜孔和交叉孔等,最大長(zhǎng)徑比達(dá)71,屬于深孔加工。深孔加工是一種難度較大的加工技術(shù),加工時(shí)存在深孔鉆刀具細(xì)長(zhǎng)、剛性差,冷卻困難和切屑不易排出等問題,不能直接觀察刀具切削情況。

        橡膠軋輥在工作時(shí)對(duì)輥面的溫度均勻性有一定要求,為使溫差盡量減少,軋輥的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)采用沿圓周均布的直孔和斜孔,工作時(shí)通入介質(zhì)對(duì)輥面實(shí)現(xiàn)冷卻或加熱。這種結(jié)構(gòu)的橡膠軋輥目前已成為冷鑄輥筒結(jié)構(gòu)改進(jìn)的方向。橡膠軋輥結(jié)構(gòu)的改進(jìn)無疑給加工制造帶來了困難,因?yàn)檫@些小孔的位置正處于接近白口層的麻口部分,材料較硬且不均勻,孔徑小又貫通輥面全長(zhǎng),如圖1、圖2所示。

        2. 深孔加工的特點(diǎn)

        深孔加工屬于機(jī)械加工的范疇,分析深孔加工的特點(diǎn),才能更好地選擇不同的加工方法。與普通孔加工相比,深孔加工的特點(diǎn)及難點(diǎn)主要表現(xiàn)在:

        1)鉆孔時(shí)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、看切屑和摸振動(dòng)感等現(xiàn)象來判斷切削過程是否正常。

        2)孔的長(zhǎng)徑比大,鉆桿細(xì)而長(zhǎng),剛性低、易振動(dòng),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。

        圖1 橡膠軋輥整體

        圖2 輥身端面視圖

        4)深孔鉆桿受孔徑的限制,直徑小、長(zhǎng)度大,造成剛性差、強(qiáng)度低,切削時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)、波紋和錐度,從而影響深孔的直線度和表面粗糙度。

        5)刀具散熱條件差,切削溫度升高使刀具壽命降低。

        3. 深孔結(jié)構(gòu)分析

        橡膠軋輥為高鎳鉻軋輥,成品質(zhì)量為6 568kg。這種鉆孔式橡膠軋輥是在輥身工作表面下方沿軸向開設(shè)若干小直徑圓孔道,同時(shí)再加工斜向孔道使圓孔中心空腔相通。軋輥兩端面的孔眼用密封蓋板擋住以形成循環(huán)通路,一般斷面由3~5個(gè)鉆孔組成一個(gè)循環(huán)孔組合。文中所述軋輥中心位置有φ90~φ150mm的階梯中心通孔,輥身有24個(gè)φ 30mm、長(zhǎng)度為2 130mm的直孔,孔徑小又貫通輥面全長(zhǎng)。輥身兩端各分布8個(gè)φ25mm斜孔,角度跟中心軸線成35°,斜孔跟中心通孔相連,兩個(gè)φ 30mm直孔之間分布φ25mm交叉小斜孔。

        根據(jù)橡膠軋輥的結(jié)構(gòu),來分析深孔加工的工藝流程。因?yàn)樯羁足@削是一道比較費(fèi)工且又容易產(chǎn)生意外(如斷鉆頭或孔偏斜)的工序,因此在軋輥的全部加工過程中,必須考慮工藝經(jīng)濟(jì)合理。主要加工工序安排為:粗車各部留余量→精車各部留磨量,各部臺(tái)階和端面槽加工完成→車端面和止口→鉆中心通孔→鉆深孔及斜孔→鉆端面絲孔及攻螺紋→ 裝配附件→試水壓→磨工作面及軸頸。

        4. 鉆孔時(shí)軋輥的定位

        橡膠軋輥深孔加工對(duì)于我公司來說尚屬首次,深孔結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,沒有專門的機(jī)床,須依靠現(xiàn)有設(shè)備,對(duì)深孔結(jié)構(gòu)軋輥的安裝和找正需要采取一定的措施。

        軋輥的定位安裝,由于加熱冷卻孔是在輥筒工作面的同心圓上分布的,所以以軋輥的輥身做定位基準(zhǔn)面較為適宜。軋輥放在兩個(gè)托輪上,未壓緊時(shí),可在托輪上回轉(zhuǎn),當(dāng)確定鉆孔位置對(duì)準(zhǔn)鉆頭后可用壓板壓緊,為了防止工件在鉆孔時(shí)產(chǎn)生軸向移動(dòng),在軋輥端面需放置一個(gè)定位塊。軋輥的水平位置定位是依靠鉆桿軸線找正,工件與托輥一起移動(dòng),直至工件軸線與鉆桿軸線相互平行。軋輥的前后高度位置定位是依靠工作臺(tái)面找正,使用劃針盤前后探測(cè)軋輥高度,利用托輪可調(diào)整輥筒軸線達(dá)到與工作臺(tái)平行。另外,不同規(guī)格的輥筒,其與鉆桿的相互位置也不相同,在找正上述平行位置的同時(shí), 還應(yīng)使鉆桿軸線處于輥筒孔的分布圓周上。

        5. 輥身直孔深孔加工

        輥身沿圓周分布2 4 個(gè)φ30mm、長(zhǎng)度為2 130mm的直孔,孔徑小又貫通輥面全長(zhǎng),長(zhǎng)徑比達(dá)到71,經(jīng)過分析,工件的直孔采用槍鉆(見圖3)雙向鉆孔加工,先加工一側(cè)孔到一定深度,再調(diào)頭加工另一側(cè)孔至鉆通。為防止引起應(yīng)力集中,每孔錯(cuò)位100mm相通。加工時(shí)工件靜止,刀具旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行軸向進(jìn)給,每加工完一孔,通過鉆模進(jìn)行分度,直至24個(gè)孔完全加工好。這樣做有以下優(yōu)點(diǎn):①雙向鉆孔減小了鉆孔深度,大大減小了鉆孔時(shí)常見的引偏程度。②工件體積、質(zhì)量較大,加工時(shí)靜止有利于簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu),減小機(jī)床的體積和質(zhì)量。槍鉆材質(zhì)為硬質(zhì)合金,轉(zhuǎn)速70~100r/min,進(jìn)給量0.06~0.1mm/r。

        圖3 槍鉆

        具體的鉆孔工藝如下:

        1)劃線。先劃出十字中線,然后再按15°分孔距保證φ30mm孔距間44.57mm尺寸。

        2)使用5m深孔鉆機(jī)床。先找出工件下方φ 30mm孔與主軸的中心高,然后用百分表測(cè)量輥頸圓度,控制在0.02mm以內(nèi),縱向控制在0.02mm/200mm以內(nèi)。

        3)找正確認(rèn)無誤后,先用長(zhǎng)1 000mm的槍鉆鉆至500mm后,再用2 000mm的槍鉆鉆通。

        4)轉(zhuǎn)速控制在70~100r/min,進(jìn)給量0.06~0.1mm/r(可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整)。

        5)輥身φ30mm×2 130mm直孔采用雙向調(diào)頭鉆孔,每孔錯(cuò)位碰頭方式聯(lián)通(錯(cuò)位100mm)。

        6. 輥身端面φ25mm斜孔的加工

        在輥身每一側(cè)需加工8個(gè)φ 25mm斜孔(35°)、16個(gè)φ 25mm斜孔(空間角度70°,兩兩相通),這些兩側(cè)的孔系構(gòu)成橡膠軋輥工作時(shí)冷卻系統(tǒng)的通道。

        從φ 30mm 軸向通孔端部加工φ25mm 斜孔(包括8 個(gè)φ25mm和16個(gè)φ25mm孔兩類)是橡膠輥孔系加工中的難點(diǎn),在準(zhǔn)確的位置加工精確角度的斜孔是橡膠軋輥加工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

        目前行業(yè)內(nèi)的普遍做法是使用數(shù)控鉆床,如德國(guó)西馬克(SMS)公司生產(chǎn)的數(shù)控深孔鉆床,可實(shí)現(xiàn)高精度鉆孔。我公司之前無生產(chǎn)橡膠輥的任何經(jīng)驗(yàn),也無專用設(shè)備,目前公司擁有普通搖臂鉆床(見圖4),為最大限度地降低生產(chǎn)成本,利用現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)了橡膠輥斜孔的加工。

        圖4 普通搖臂鉆床

        支撐橡膠輥的設(shè)備為普通V形砧鐵,如圖5所示。

        圖5 普通V形砧鐵

        加工過程為:輥身軸向的24個(gè)φ 30mm的通孔在槍鉆上加工完畢之后,將橡膠輥吊運(yùn)至搖臂鉆床旁邊的V形砧鐵上水平固定。將φ 25mm麻花鉆頭裝入搖臂鉆床的刀柄內(nèi),并調(diào)整搖臂鉆的鉆頭位置及角度,在劃線位置處鉆孔。

        具體工藝如下:

        1)為保證斜孔的角度,將托架擺成35°。

        2)將軋輥放在托架上,左側(cè)輥身端面與托架端面放穩(wěn)。

        3)按軋輥軸頸端面的中心線吊線,找正垂直,然后將工件壓緊。

        4)將工裝固定在φ30mm直孔內(nèi),用吊線法找正垂直,固定牢固,不要用力過大。

        鉆孔過程中,在將要和直孔打通前的一定距離(如30mm),一定要采用2~3r/min的低轉(zhuǎn)速,以免損傷鉆頭。斜孔加工如圖6所示。

        圖6 斜孔加工

        在加工斜孔時(shí)制作了導(dǎo)向套(見圖7),在φ 30m m軸向孔孔口內(nèi)壁處加工與其角度為35°的φ 25mm長(zhǎng)斜孔和空間角度為70°、兩兩相通的φ 25mm短斜孔時(shí),由于鉆孔定位面同鉆頭不垂直,用鉆頭直接鉆孔時(shí)很難定位,效率極低,且很容易造成鉆桿來回?cái)[動(dòng),導(dǎo)致φ 30mm孔口研傷。使用該導(dǎo)向套可精確定位φ 25mm長(zhǎng)斜孔、短斜孔鉆孔位置,精確完成φ 25mm斜孔加工,有效避免φ 30mm孔口研傷。在加工φ 30mm軸向通孔孔口處的φ 25mm斜孔時(shí),能防止鉆頭來回?cái)[動(dòng),保證φ 25mm斜孔的位置和方向,提高鉆頭定位準(zhǔn)確性和速度。

        利用該導(dǎo)向套實(shí)現(xiàn)了φ30mm軸向通孔內(nèi)加工φ25mm斜孔時(shí)鉆頭的精確定位,順利實(shí)現(xiàn)了φ 25mm斜孔的加工,提高了加工效率,同時(shí)有效避免了φ 30mm軸向孔孔口被鉆頭研傷。

        圖7 導(dǎo)向套

        采用這種加工設(shè)備和方法,可實(shí)現(xiàn)橡膠輥輥身端面處8 個(gè)φ 25m m斜孔(35°)、16個(gè)φ 25mm斜孔(空間角度70°,兩兩相通)的加工。

        7. 水壓測(cè)試

        經(jīng)過前期車、磨、鏜和鉆孔工序后,對(duì)成品橡膠軋輥(見圖8)進(jìn)行水壓測(cè)試(見圖9):軋輥水平放置,將密封墊、端蓋擰緊,中心通孔兩端堵頭堵死,在字端端面中心入水,非字端端面出水,先進(jìn)行排氣,待空氣排出后,進(jìn)行升壓,壓力升至1.06MPa(見圖10),保壓20min,沒有漏水、滲水和降壓現(xiàn)象。

        圖8 成品橡膠軋輥

        圖9 水壓測(cè)試

        圖10 水壓測(cè)試表

        8. 結(jié)語(yǔ)

        此種結(jié)構(gòu)的橡膠軋輥深孔加工在我公司尚屬首次,加工難度大,沒有專用機(jī)床,通過工藝工裝設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了深孔加工,保證了產(chǎn)品質(zhì)量,提升了深孔加工能力,擴(kuò)大了市場(chǎng)。該加工方法實(shí)用性強(qiáng),可供同行參考和推廣使用。

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