不锈钢偏心盘加工改进的研究与实践

2010-06-22曾茂燕

装备制造技术 2010年8期

曾茂燕

（柳州职业技术学院机电工程系，广西柳州545006）

不锈钢偏心盘是钻石打磨机上的控制元件，精度要求高，材料为1Cr18Ni9Ti，其强度、硬度都很低，塑性高，具有良好的耐酸性和耐腐蚀性。由于这些特性的存在，使不锈钢偏心盘切削加工过程中产生大量的切削热，切削温度较高，刀具磨损加快，刀具使用寿命缩短，有时还会出现已加工表面质量恶化，排屑难以控制，这些问题最终导致加工效率和加工质量都大大降低，成本提高。因此，必须要根据零件特性和材料性质改进加工方法，解决前述问题，以确保加工质量，提高加工效率，降低成本。图1为不锈钢偏心盘的零件图。

图1 不锈钢偏心盘零件图

1 传统工艺与问题分析

1.1 传统工艺路线

传统的加工工艺路线为：下料—车削—钻中心孔、攻中心螺纹—切断—钻偏心孔、攻偏心螺纹，其中：

（1）车削。先车平端面，然后车削外圆Ф10 mm和Ф32 mm至合格。

（2）钻中心孔、攻中心螺纹。钻好中心螺纹底孔后，直接攻中心螺纹，得到中心处M6的螺纹。攻螺纹时螺纹轴线应与外圆Ф32 mm同轴，注意不能攻偏或攻斜了，否则无法保证垂直度要求。

（3）切断。采用斜刃切断刀切断，避免了切断后调头车平端面的麻烦，并能很好保证平行度及垂直度的要求。

（4）钻偏心孔、攻偏心螺纹。将切断后的零件以A面为安装基准面，安装在立式铣床上，找正两螺纹孔中心距离符合尺寸要求后，钻偏心螺纹底孔及攻偏心螺纹，得到M6的螺纹并满足7H的精度要求。

1.2 问题分析

经过长期观察、总结，按照传统的加工工艺方法在加工零件过程中易出现这些突出问题：

一是车削加工过程中容易产生粘刀现象，刀具磨损较快，易产生加工硬化现象等；

二是螺纹的加工均是钻孔后直接采用机动攻丝的方法，用时短，速度快。但攻丝过程中，切屑不易排出，容易造成挤刀现象，且机动攻螺纹时所施加的力不易控制，极易造成丝锥折断，零件废品率增加。

通过分析可知，产生这些问题的因素是多方面的，最主要最关键的有：

（1）零件材质的影响，由于零件的材料为不锈钢，该材料的塑性及韧性都比较大，属难加工材料，但此因素无法消除。

（2）刀具材料的影响。正确选择刀具材料，能有效提高刀具的耐用度和生产效率。

（3）刀具几何参数及切削用量的影响。刀具几何参数及切削用量选用得当，能有效提高加工的生产率及刀具的耐用度，增大切削力，提高被加工表面的精度，避免加工硬化等。

（4）切削液的影响。合理使用切削液，有助于快速降低切削温度，有效减少磨擦，有效减少刀具磨损等。

因此，可以预见在不改变传统加工工艺路线的基础上，针对前述各种原因对症下药、采取有效措施，将会取得立竿见影、事半功倍的效果。

2 加工改进的具体实施

2.1 车削环节的改进

（1）正确选择刀具牌号。加工不锈钢宜选择硬度高，抗粘附性好和韧性好的刀具材料。如YG类、YW类硬质合金，避免选择YT类硬质合金，因为不锈钢中的钛(Ti)和YT类硬质合金中的Ti产生亲合作用，切屑容易把合金中的Ti带走，促使刀具磨损加剧。实践证明，选用YG532、YG813及YW2三种牌号的刀加工本零件可实现良好的加工效果。

（2）合理选择刀具几何参数。为了使车削不锈钢材料的车刀刀刃既锋利，又具有较高的强度，根据实践经验，采用大前角 r0=15°～30°和大倒棱宽度 br1=（0.3～0.8）f，采用倒棱角为r01=15°～-10°来加强刀刃，以及采用较宽的圆弧形断屑槽，从而有效保证有足够的卷屑空间，使得切屑排出顺畅。

（3）切削用量的选择。在选用切削用量时，应该注意到切削速度选择是否恰当，会极大影响刀具寿命。因此，在选择粗车切削用量时，优先考虑采用大的背吃刀量，其次考虑大的进给量，最后根据刀具寿命，选择合理的切削速度。而精车时，在保证加工精度和表面粗糙度的前提下，兼顾刀具寿命和生产效率。考虑到不锈钢的特性，加工时切削用量要比车削一般碳钢类工件稍低些，以抑制积屑瘤的产生，提高表面质量，减缓刀具磨损。因此选择的切削用量如下：

粗车——vc=50～70 m/min；f=0.3～0.6 mm/r；ap=2～6 mm

精车——vc=120～150 m/min；f=0.08～0.2 mm/r；

ap=0.2～0.8 mm；

（4）切削液的选择。正确选用冷却润滑液，能有效地降低切削温度，减少磨擦，减少刀具磨损，从而延长刀具耐用度，提高表面质量及生产率。加工不锈钢零件时，应选用抗粘性能好和散热性好的冷却润滑液。经实践表明，采用极压切削液，并在车削时连续充分地浇注于加工表面，可显著改善不锈钢材料的车削条件，得到比采用传统加工普通切削液好很多的效果。

2.2 钻孔和攻螺纹的改进

（1）钻头选择。根据不锈钢的特性，选择超硬高速钢麻花钻。钻孔时扭矩和轴向力大，容易产生切屑粘结，不断屑，排屑困难，工件产生加工硬化等现象，且钻头顶角处容易磨损，钻头不耐用。因此钻头需经过修磨，在副后刀面处修磨棱边，修磨后的宽度为0.3～0.5 mm，以减少后刀面与工件的磨擦。本工件的螺纹为M6，钻孔后要攻螺纹，普通材料一般选择的钻头为Ф5.1～5.3 mm，考虑到不锈钢的塑性大，要适当加大底孔的直径，经多次实践证明，选择Ф5.5 mm的钻头钻底孔，后一道工序攻螺纹的阻力明显减小，丝锥的耐用度提高1～1.5倍。

（2）钻孔时切削液的选择。钻孔时在切削液的选择上很重要，在实践中分别试用过硫化油、白铅油+机油、煤油稀释氯化石蜡，这几种切削液的使用，导致钻头的耐用度都不理想，一般修磨一次钻头只能钻3～8个孔。经多次实践，二硅化钼粉的使用，解决了钻头不耐用的问题。这种物质的粒度在160～2 000目之间，最小粒径可达1 μm，而且硬度非常高，它的用途主要用于电热涂层。此时，正是利用了粒度小、硬度高这两大特性，将这种物质配制成冷却油，涂在加工表面及钻头上，这就相当于镀上了一层滚珠，使切削由滑动变为滚动，在刀具与工件间形成了隔离，加工热量随之降低，排屑也通畅了。

（3）丝锥选用及攻螺纹方法。选择含钴或含铝超硬高速钢丝锥，选择镀钛的丝锥其耐用度也有很大的提高，尽可能不用合金材料的丝锥，形状上优先选择螺旋槽丝锥而不用直槽的丝锥。由于传统攻螺纹的方法易造成丝锥折断，因此我们在攻螺纹时，采用先机动攻3～4牙后改用手动攻螺纹的方法将螺纹加工至合格，机攻的目的是找正中心，手动攻螺纹是为了控制进给力。采用这种方法大大提高了产品的合格率。在攻螺纹过程中，如果丝锥折断在工件中，可将工件放入硝酸溶液中进行腐蚀，很快丝锥被腐蚀，避免了工件的报废。