深孔不锈钢工件加工工艺的改进

摘要：本文着重分析了不锈钢深孔的工艺特点，为了保证不锈钢深孔的加工精度，提高加工效率，节约生产成本，对不锈钢深孔的加工工艺进行改进。对其中的刀杆进行更新设计，合理选择刀具的几何参数及切削用量，探索在普通车床上不锈钢深孔的加工方法，减少切削振动，降低加工成本，使产品质量符合要求，解决加工中的关键问题。

关键词：不锈钢深孔；车削加工工艺 ；刀桿

1 引言

因为江苏华纶化纤机械厂是我国生产化纤机械产品的重点企业。多年从事20000T以下化纤后处理生产线、高强高模生产线、碳纤维原丝生产线等设备制造。采用材料大部分是耐酸防腐的高级不锈钢，设备大，造价昂贵。在加工过程中一旦出现质量问题，损失巨大，在加工零配件时，易出现公差、精度、形位误差等问题，造成了大量的废品，同时造成了巨大的经济损失。为了节约生产成本，节约能源，只能在现有的设备和工艺上改进。在保证产品加工精度，提高加工效率的基础上对不锈钢中间套的切削加工工艺和所用刀具进行了新的改进。

2 不锈钢深孔的加工工艺分析

从中间套结构可以看出，该零件加工属于薄壁深孔加工，对加工过程和工艺要求比较高，要加工出符合规格要求的产品，需要选择合理的工艺线路和加工方法。

图1为化纤机械产品中的一个重要的零件——中间套，该产品的加工难点和存在的客观原困：

（1）由于中间套孔深，因而刀排的刚性比较差，加工时的排屑和冷却润滑液的进给都比较困难。

（2）中间套孔壁比较薄，容易引起装夹变形，并且在加工时容易引起振动。

（3）中间套材料硬而韧，加工性较差，难以达到较低的粗糙度，围绕这些困难，并总结以往的失败原困，只能从刀具、装夹，切削方法和冷却润滑液等方面着手进行了过细的试验摸索。

3 改进措施

3.1 刀杆的设定

由于工件的深度过长（850mm），使镗刀杆的伸出长度很长，导致了镗杆的钢性减弱、切削时容易引起振动，产生抗力严重影响工件的表面质量，所以要对刀具的几何参数、切削用量，进给方向、润滑冷却液的使用，进行合理的选择：

（1）刀杆材料应选用钢性较高的优质45#钢、再进行调质热处理使刀杆的弹性强度增强。

（2）镗杆加工成组合式，分刀体和刀杆两部分，一是便于装卸，二是便于加工中间的油孔。

（3）为了能使铁屑顺利排出，不在孔中滞留，在刀杆引导套后端10mm内钻两排小孔。

（4）在刀体上开一宽16（+0.03）mm，长30（+0.03）mm的长方孔，位置在刀体引导套后端20mm外。

3.2 镗杆的连接

镗杆一般用刀具夹持器与车床连接，本例为了减少刀具的振动，故设计将小拖板和刀架拆除，用自制刀座直接将刀杆装在中拖板上减少了中间固定环节，提高了刀杆和车床的连接刚度。镗孔刀具结构的图样如下图。

图2 镗孔刀具结构

3.3 刀具材料的选择

刀片材料选用了强度高、热硬性好、耐磨性好的钨钛钽钴类、硬质合金YW1。

3.4 刀具的几何角度

3.4.1 前角r。的选择

r。的选择直接影响切削负荷和加工表面的质量，影响车刀的强度和耐磨性，一般说加工塑性材料时，应选择大的前角，脆性材料可相应取得小一些。如果片面考虑车刀锋利、前角取得过大，就会使刀尖变得非常薄弱。不锈钢材料粘合性和亲和性好，切削容易引起缺口，而且工件精镗余量小，切削变形不大，因此前角选r。=3°。

3.4.2 后角a。的选择

选择后角a。时，应以工件材料的加工条件与要求作为选择，由于工件和车刀的刚性较差，为了减少振动，因此后角选a。=6°。

3.4.3 主偏角Kr的选择

主偏角Kr是一个很重要的角度，对车刀的耐用度有很大影响，在相同的走刀量和切削深度下工作时，减少主偏角可以使切削变薄，刀刃的散热面积加大，因此主偏角选10°。

3.4.4 副偏角的选择

副偏角的主要作用是减少车刀与已加工表面之间的摩擦。在副偏角小的情况下，可以显著地减少车削后的残留面积，提高光洁度，但过小又会增加切削面积，引起振动。因此副偏角选4°。

3.5 刀具刃磨、安装

3.5.1 刀具刃磨粗糙度在Ra0.1以下，并专门制造磨刀杆，磨刀杆同图3。刃磨时将刀块装在磨刀杆的方孔里，使刀块上的D面靠住磨刀杆上C面，用螺钉紧固后进行刃磨，保证两刃的尺寸精度和对磨刀杆轴线的对称性。

图3 磨刀杆

3.5.2装刀时刀块上的D面侧靠住刀体上的一侧面，使车削时刀块的位置和刀磨时的相同，来减少装刀偏差，保证工件孔的尺寸精度。刀块为两块，一正一反安装于刀体上，这样，两边受力均匀，刀具调整方便。同时刀块上的刀片的装夹方法采用斜面吊紧式，延长刀片的使用寿命。（以往采用刀排是整体式的，而且刀体装夹是直角式的，装刀误差很大，加工后实际尺寸值会出现误差，刀具在刃磨后不到全长的2/3刀具就过渡磨损）。

3.6 改变装夹方法

先将法兰盘由主轴连接，引导体用螺栓紧固在法兰盘上车引导体内孔Φ60（+0.046/0），车出定位止口Φ160（+0.03/0），工件装夹时，以工件外圆Φ160（0/-0.04）及端面紧固在花盘上的引导体平面上，校正工件后用螺栓紧固。（采用轴向夹紧，使夹紧力沿刚性较好的轴线分布，防止了夹紧变形）。

3.7 采用拉镗切削法

为了保证工件孔的直线性，采用导向套导向的拉镗方法进行深孔精加工。来保证刀杆在加工时不弯曲变形。（导向套的材料，采用球墨铸铁，导向套的长度取工件孔径尺寸的2.5倍，导向套的直径与工件孔径的间隙取0.05mm，此前采用的是直进法刀杆，由尾座向主轴移动，导向性能低，刀杆无弹性，而且，进给切削液困难，铁屑易拉毛孔平面。

3.8 改进冷却液及其进给方法

因为我处之前一直采用乳化油冷却，现在采用硫化切削油作冷却液，流量在25-40L/每分钟，压力25公斤/厘米？的油泵，从刀体管壁的一排小孔喷出，将切屑从孔的的待加工表面排出：（改造后的刀排结构见图2）冷却润滑液在循环使用时必须经过可靠的过滤，以保证油泵的正常工作和连续的供给。经过这一改进，硫化切削油性能好，刀具不易磨损，加工表面粗糙度达到Ra0.8～～Ra0.4，而且工件与导向套运转自由，加工后未发现工件与导向套“咬死”现象。

4 加工工艺

4.1 粗、半精车法兰各尺寸，精车外圆Φ160h7（0/-0.04）及端面粗糙度Ra1.6。车孔Φ60（+0.046/0）到Φ59.65（+0.05/0），表面粗糙度Ra3.2。

4.2 把引导体校圆固定在花盘上，加工引导体的止口Φ160（+0.03/0）及端面，粗糙度Ra1.6（用于安装），同时加工导向孔Φ60（+0.046/0）至要求，粗糙度Ra0.8。见图4：

图4 引导体

（1）校正刀具的尺寸：将两把刀具安装于刀体上校正其尺寸，刀具的尺寸调整到Φ60（+0.025/+0.01），然后将刀具及刀具导向套放入引导体的导向孔中。

（2）把工件以Φ160h7及端面定位安装在引导体上用螺栓紧固。（另一頭上中心架）

（3）将外置的冷却润滑液管从主轴孔后端穿入与内孔加工刀具上的润滑油孔联接。

（4）把刀具的刀杆安装中拖板上的专用装刀座里。

（5）车床主轴反转，n=35r/min，s=0.15mm/r，使用硫化切削油冷却润滑；刀具切削由主轴端向尾座方向进给移动。

拉镗加工时的情况，导向套紧固在刀体前端，伸向由本车床镗出的引导体的导向孔内，使刀具开始切入工件时，就有正确的定心作用。花盘引导体、工件、中心架、装刀座三者的中心保持同一直线上，保证孔的加工直线性。

经过大量的实践和批量的生产后，采用上述改进措施后，工件的加工质量明显提高，用Φ60-0.03mm的检验塞规（长900mm）通入孔的全长检验时，既无松动也无阻滞，满足了装配的实际要求。

5 结束语

（1）不锈钢材料已经应用于各个工业领域，但由于深孔加工的特殊性，使其深孔车削成为生产加工的难题之一。

（2）通过选用合理的结构、刀具材质、刀具几何参数、优化切削用量等改善措施可以降低切削温度，减小刀具的磨损，提高刀具耐用度，提高不锈钢深孔车削性。

（3）通过对不锈钢深孔特点的分析，合理地确定了不锈钢中间套的加工工艺和刀杆的设计方案。对在普通车床上加工不锈钢深孔进行了大胆的尝试，特别是刀杆的设计和刀杆采用反向切削使系统切削刚性得到提高，切削趋于平稳，对于小批量的生产是一种既保证产品质量又降低生产成本的切实可行的方法。

参与文献：

[1] 《金属加工基础》 杜力 王雪婷 机械工业出版社 2013.1.

[2] 车工实践（第二卷）陈永镇 侯祖龄 周天祥 编著 上海科学技术出版社.

（作者单位：江苏省灌溉动力管理一处）

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