特殊材料轴加工问题研究

蒋　超　陈　礼

（重庆水泵厂有限责任公司，重庆 400033）

特殊材料轴加工问题研究

蒋超陈礼

（重庆水泵厂有限责任公司，重庆 400033）

特殊材料由于其独特的物理、化学性能，应用越来越广泛。特殊材料细长轴的加工容易出现刀具磨损较大；轴加工过程中由于受切削力、切削热、切削液等各种因素又会导致不断弯曲，进而影响加工精度和表面质量。因此，加强对特殊材料轴加工问题的研究，对于提高特殊材料轴加工质量具有重要意义。

特殊材料 细长轴 加工 对策

1　引言

奥氏体-铁素体型022Cr25Ni7Mo4N是双相不锈钢中耐局部腐蚀最好的钢，特别是耐点蚀最好，并具有较高强度、耐氯化物应力腐蚀、可焊接的特点。特殊材料轴适用于化工、石油、石化和动力工业中，以河水、地下水和海水等为冷却介质的离心泵等相关设备。

2　奥氏体-铁素体型材料特征

奥氏体-铁素体型022Cr25Ni7Mo4N，序号76，化学成分（质量所占分数）（%）：C为0.030，Si为0.80，Mn为1.20，P为0.035，S为0.020，Ni为6.00～8.00，Cr为24.00～26.00，Mo为3.00～5.00，Cu为0.50，N为0.24～0.32。

奥氏体-铁素体型材料具有特殊的固溶处理力学性能：规定非比例延伸强度Rp0.2≥500MPa，抗拉强度Rm≥795MPa，断后伸长率A≥15%，硬度值HBW≤310，硬度值HRC≤32。同时，该特种材料也具有独特的特性与用途。细长轴由于长度与直径之比较大，因此其刚性不足，加工时易受到其他外界因素的影响而导致变形和加工误差，从而很难达到图纸所要求的加工精度和质量等技术指标，加工难度较大。加工的难度随着长度与直径比值的增大而成倍增大。奥氏体-铁素体型材料虽然加工难度大，但其具有十分突出的优点：材料的稳定性、导热性都较好，适用于环境较为恶劣的地方。

细长轴加工难度较大。细长轴刚性较差，在加工过程中因机床及刀具多因素影响，工件易产生弯曲腰鼓形、多角形、竹节形等缺陷。特别是磨削加工中一般尺寸较差，表面粗糙度又要求较高，又因磨削时工件一般要求淬火式或调质等热处理要求，磨削时的切削热更容易引起工件变形等。因此，如何解决好上述问题，便成了加工超细长轴的关键问题。

3　特种材料细长轴加工对策

特种材料细长轴的加工重点和难点在于最大限度地避免加工过程导致的弯曲变形，要注重从加工的全过程、各个环节采取有力措施，以确保加工质量。

3.1创新工装夹方法

要摒弃传统加工细长轴时夹和顶的装夹方法，使用卡盘装夹时，要增加相应的机构装置，要在卡爪与工件之间套入一开口的风丝圈，以减少工件与卡爪轴向接角长度。在尾座上采用弹性顶尖，从而在工件受切削热而伸长时，顶针能轴向伸缩，以补偿工作的亭台形，减少工件的弯曲。

3.2采用跟刀架

跟刀架作为车床的通用除件，用在刀具切削点附近支承工件，并与刀架溜板一起作纵向移动。跟刀架与工件接触处的支承用耐磨的球墨铸铁或青铜制成；支承爪的圆弧应在粗车后与外圆研配，以免擦伤工件；采用跟刀架能抵消加工时径向切削分力和工件自重的影响，从而减少切削振动和工件变形，但必须注意仔细调整，使跟刀架的中心与机床顶针中心保持一致。

3.3合理选择车刀的角度

为减少径向切削力，适宜选用较大主偏角；前刀面应磨出R=1.5-3mm的断屑槽，前角一般取γ0=15°-30°。刃倾角λs取正值，使切屑流向待加工表面；车刀表面粗糙度值要小，并经常保持切削刃锋利。鼓形，不管是车削还是磨削都会出现这种情况。办法是采用跟刀架顶住，有的还要加中心架。细长轴的加工车加工很难，只能遵循一般的工艺保证。如果是精度高的，必须用无心磨加工。细长轴的刚性较差。为了控制弯曲变形，一般加工细长轴时都采用跟刀架。加工时要对跟刀架进行预磨损，那样架子的脚的圆弧可以和工件加工的尺寸很好地吻合。架子支在工件上的力量，最好是感觉用手拧的时候轻微有一点点的吃劲，千万不要支得过紧，但也不能太松，否则工件很容易出现竹节。冷却液要跟上。此外，要注意顶尖顶的不要太紧，适当时在加工过程中还要松一松。车刀的前角要锋利一些，还要保证良好的断削或能排削。如果直径和长度的比例达到1:50，一般都是用反走刀的方法来加工的，即由床头向床尾的方向走刀，从而使加工过的地方所受的是拉力可以很好地减小震动。如果长度较长达到2.5m以上，最好采用支脚是轴承的跟刀架，那样支脚几乎是不磨损的，从而可以很好地控制。长度和直径的比例太大时，还可以把顶尖改装成卡盘式的。车削的时候反走刀，尾座往后拽一些就可以很好地控制震动的产生。

3.4合理控制转速

转速不要过高，特别是用普通的跟刀架时。否则，架子会磨损得很快。走刀量也不要过大，特别是正走刀切削的时候。走刀量要按照规定控制其走量，精车的时候减低。要合理控制加工进程。当切削速度较高时，将会提高切削温度。温度的提升可以减小摩擦力，加工过程中轴的变形也是随之变小。但是，由于切削速度的增高会产生轴向弯曲，稳定性会受到影响。因此，应当辩证地确定切削速度，使其保持在一个适宜的范围内。同时，要根据轴的长度情况，确定切削的速度。轴越长，越要降低切削速度。

3.5科学确定切削用量

切削量是保证切削是否科学合理、切削热是否处于正常范围的有效指标。同时，它也决定着是否会产生大的变形等。因此，要尽可能减少相关径向切削力，以减少热量的产生，从而避免产生大的变形。在进行特种材料细长轴加工过程中，随着加工深度的增加，热量也会增加，如果处置不当，将会导致加工轴的变形。因此，应当采取小切削量，多走刀，减少切深，从而提高刚性。在车削细长轴时，应尽量减少背吃刀量，科学选择进给量。进给量增大会使切削厚度增加，切削力也会增大，但两者之间并不成正比关系。当进给量增大到一定程度时，细长轴的受力变形系数会有所下降。如果仅从提高切削效率的角度来看，增大进给量比增大切削深度更有利。

3.6科学确定切削液

切削液既可以起到润滑的作用，同时也具有良好的散热作用。科学选择切削液，可以达到最佳的效果。由于该材料特殊，加工过程中切削热不能快速被带走，比较容易引起零件变形，因此材料切削液的选择很重要，要根据加工经验选择有机润滑液作为冷却液。

[1]张明艳，刘兴勤.基于UG的轴类零件数控编程技术研究与应用[J].自动化与仪器仪表，2015，（12）：73-75.

[2]苏永华，黄忠孟.数控高速切削加工的关键技术探讨[J].轻工科技，2016，（1）：61-62.

Research on Machining of Special Material Shaft

JIANG Chao,CHEN Li
(Chongqing pump works Co., Ltd., Chongqing 400033)

Special m aterials due to their unique phys ical and chemical properties, i ts application is more and more widely, special materials of slender shaft processing prone to tool wear large, s haft machining process due to various factors on cutting force and cutting heat and cutting fluid will lead to continuous bending, will affect the machining precision and surface quality, therefore, to strengthen the researc h on shafts made of speci al materials and processing is sues, to improve special material axis machining quality has important significance.

special materials, s lender s haft, processing, countermeasures