论文部分内容阅读
摘 要：文章评分介绍采用车床粗加工合金辊环，去除大部分加工余量后，再进行磨削精加工的效率提升工艺。
关键词：合金辊环；加工；工艺改进
韶钢高线厂所使用的合金辊环，由于辊环表面硬度达到HRA88～HRA90，新开孔型加工通常是采用成型金刚石砂轮在数控磨床上采用磨削方法来完成，
采用磨削加工在实际生产应用中，往往会出现如下问题：
（1）加工效率低。
新开辊环加工单边余量为8mm，磨削加工采用程序控制，单边进给量为0.005mm/r，机床转速为12r/min，加工过程中须修磨砂轮4次，总耗时16小时，不能及时提供生产所需辊环，无法满足生产需求。辊环磨削加工数据统计如表1：
（2）刀具消耗量高。
在磨削过程中，砂轮经过磨损及脱粒，其形状规则已经有所改变，在磨削过程中须多次修磨砂轮，保证金刚石砂轮的形状与加工槽形形状完全吻合。
1 加工工艺分析及改进
由于磨床磨削效率较低，经过考虑，采用合金辊环车削方式进行粗加工，留一定磨削余量，然后进行磨削加工，以提高辊环的生产效率
1.1 设备选型
根据辊环直径情况（见表2）及现有设备使用情况，选用普通C6140车床。C6140车床最大回转直径Φ400mm，顶尖间中心距1000mm，主轴转速18/21400r/min，电动机功率7.5KW，能够满足辊环粗加工要求。
1.2 工装设计
CW6163床头部分采用机床原始三爪卡盘，尾座部分采用新设计的梯形端面圆柱结构固定于顶尖前端，其端面圆柱尺寸根据合金辊环内径大小确定，并要求与辊环配合（见表3），属于过渡配合，利用尾座的伸入伸出对辊环起到顶紧与放松作用。工装设计如图1所示：
1.3 装夹定位
由于工件与尾座顶盘之间配合设计之初已经属于过渡配合，车削辊环属于粗加工，留有相应的磨削余量，并且位于尾座上的顶盘本身轴线于机床中心线重合，能起到较好的定位作用，故无需校正。
1.4 刀具设计及材质选择
刀具形状根据合金辊环硬度高、切削发热量大及切分层切削的特点，新设计采用后角为7o的专用刀具，刀具设计如图2所示。
辊环材质为碳化钨硬质合金（WC），硬度达HV1700～HV2200，采用一般（如硬度為HRC77的YG6）合金车刀或陶瓷刀片进行加工，均无法达到理想效果；经过反复实验，采用硬度高、导热系数好、摩擦系数小的聚晶金刚石（PCD）刀具，其主要性能参数足以满足碳化钨硬质合金辊环的车削要求。
新设计切削刀具由刀杆与刀片两部分组成，刀杆材质为45钢，刀片材质为聚晶金刚石（PCD），刀杆与刀片采用焊接方式，为保证刀具有左右切削加工功能，刀尖圆弧要求必须>180°，由Φ>S即可保证，车刀后角设计为7°，刀杆长度L由固定于机床中拖板刀尖伸出长度确定。
2 加工工艺及技术应用
2.1 孔形样板设计
由于采用普通车床加工，并且加工所采用车刀非成形刀，车刀刀片半径尺寸远小于孔型尺寸半径，孔型尺寸难以控制，因此需要做一粗车孔型样板，以确定所加工的孔型符合要求，为粗车后留有一定的余量以供磨削。
工件尺寸要求为R，预留磨削余量V，粗车成品孔形样板Ra有如下公式计算：Ra=RV。具体计算见表4；
2.2 对刀工艺
（1）在车床中拖板上固定一细长划针，同时以准备粗加工孔型的尺寸画出1：1的样板固定于大拖板上，并确保划针所对粗加工孔型图与刀尖点位于辊环孔型尺寸位置相同。
（2）对刀采用刀具中点对刀，先微进给，待车刀在工件上出现可见的刀尖轨迹时，调整固定在机床小拖板上的划针，对准粗车孔型样板中点，将小拖板刻度盘对零，退刀，用游标卡尺测量孔型中心线相对于辊环表面车削轨迹是否达到图纸尺寸要求，若不符，则反复移动中拖板并微进给，找正工件中心。
（3）走刀轨迹可根据粗加工孔型图分层走刀，直到加工结束。
（4）在由刀尖点对刀进行切削加工时，发现工件经常在两侧产生过切现象，且过切切削量难以控制，影响后续精磨加工。为了解决此问题，采用刀具中心点对刀方式，消除过切现象产生原因，以达到完美切削；如图2示：
刀具中心点对刀轨迹计算：
r=R（V+Rc）
2.3 进给速度选择
由于合金辊环本身硬度高，切削发热量大，故在实际中不能采用大转速和大进给，而应该采用相对较低的转速和进给，根据实际情况分别选用12r/min的转速和3mm/min进给速度。
2.4 加工工艺
根据合金辊环孔型，采用从孔型中心线进给，分别向左右走刀的方法，由于切削深度较深，不能一次成形，此时采用分层切削，按单边进给0.5mm，先粗车，后精车。
3 结语
通过改变加工工艺的措施：采用自制夹具，在车床上先进行孔槽的粗加工，以去除大部分加工余量后，再进行数控磨削加工，解决高速线材厂新开硬质合金辊环磨削加工效率低的状况，达到提高硬质合金辊环加工效率之目的；据统计，磨削加工一件新辊环需要约16小时；采用先粗车辊环后磨削，加工一件需要4.8小时，能提高硬质合金辊环的加工效率。合金辊环孔槽粗加工工艺改进，实践证明是可行的，对如何解决工作中存在的问题作出良好的示范作用和对生产实践有很好的指导意义。
关键词：合金辊环；加工；工艺改进
韶钢高线厂所使用的合金辊环，由于辊环表面硬度达到HRA88～HRA90，新开孔型加工通常是采用成型金刚石砂轮在数控磨床上采用磨削方法来完成，
采用磨削加工在实际生产应用中，往往会出现如下问题：
（1）加工效率低。
新开辊环加工单边余量为8mm，磨削加工采用程序控制，单边进给量为0.005mm/r，机床转速为12r/min，加工过程中须修磨砂轮4次，总耗时16小时，不能及时提供生产所需辊环，无法满足生产需求。辊环磨削加工数据统计如表1：
（2）刀具消耗量高。
在磨削过程中，砂轮经过磨损及脱粒，其形状规则已经有所改变，在磨削过程中须多次修磨砂轮，保证金刚石砂轮的形状与加工槽形形状完全吻合。
1 加工工艺分析及改进
由于磨床磨削效率较低，经过考虑，采用合金辊环车削方式进行粗加工，留一定磨削余量，然后进行磨削加工，以提高辊环的生产效率
1.1 设备选型
根据辊环直径情况（见表2）及现有设备使用情况，选用普通C6140车床。C6140车床最大回转直径Φ400mm，顶尖间中心距1000mm，主轴转速18/21400r/min，电动机功率7.5KW，能够满足辊环粗加工要求。
1.2 工装设计
CW6163床头部分采用机床原始三爪卡盘，尾座部分采用新设计的梯形端面圆柱结构固定于顶尖前端，其端面圆柱尺寸根据合金辊环内径大小确定，并要求与辊环配合（见表3），属于过渡配合，利用尾座的伸入伸出对辊环起到顶紧与放松作用。工装设计如图1所示：
1.3 装夹定位
由于工件与尾座顶盘之间配合设计之初已经属于过渡配合，车削辊环属于粗加工，留有相应的磨削余量，并且位于尾座上的顶盘本身轴线于机床中心线重合，能起到较好的定位作用，故无需校正。
1.4 刀具设计及材质选择
刀具形状根据合金辊环硬度高、切削发热量大及切分层切削的特点，新设计采用后角为7o的专用刀具，刀具设计如图2所示。
辊环材质为碳化钨硬质合金（WC），硬度达HV1700～HV2200，采用一般（如硬度為HRC77的YG6）合金车刀或陶瓷刀片进行加工，均无法达到理想效果；经过反复实验，采用硬度高、导热系数好、摩擦系数小的聚晶金刚石（PCD）刀具，其主要性能参数足以满足碳化钨硬质合金辊环的车削要求。
新设计切削刀具由刀杆与刀片两部分组成，刀杆材质为45钢，刀片材质为聚晶金刚石（PCD），刀杆与刀片采用焊接方式，为保证刀具有左右切削加工功能，刀尖圆弧要求必须>180°，由Φ>S即可保证，车刀后角设计为7°，刀杆长度L由固定于机床中拖板刀尖伸出长度确定。
2 加工工艺及技术应用
2.1 孔形样板设计
由于采用普通车床加工，并且加工所采用车刀非成形刀，车刀刀片半径尺寸远小于孔型尺寸半径，孔型尺寸难以控制，因此需要做一粗车孔型样板，以确定所加工的孔型符合要求，为粗车后留有一定的余量以供磨削。
工件尺寸要求为R，预留磨削余量V，粗车成品孔形样板Ra有如下公式计算：Ra=RV。具体计算见表4；
2.2 对刀工艺
（1）在车床中拖板上固定一细长划针，同时以准备粗加工孔型的尺寸画出1：1的样板固定于大拖板上，并确保划针所对粗加工孔型图与刀尖点位于辊环孔型尺寸位置相同。
（2）对刀采用刀具中点对刀，先微进给，待车刀在工件上出现可见的刀尖轨迹时，调整固定在机床小拖板上的划针，对准粗车孔型样板中点，将小拖板刻度盘对零，退刀，用游标卡尺测量孔型中心线相对于辊环表面车削轨迹是否达到图纸尺寸要求，若不符，则反复移动中拖板并微进给，找正工件中心。
（3）走刀轨迹可根据粗加工孔型图分层走刀，直到加工结束。
（4）在由刀尖点对刀进行切削加工时，发现工件经常在两侧产生过切现象，且过切切削量难以控制，影响后续精磨加工。为了解决此问题，采用刀具中心点对刀方式，消除过切现象产生原因，以达到完美切削；如图2示：
刀具中心点对刀轨迹计算：
r=R（V+Rc）
2.3 进给速度选择
由于合金辊环本身硬度高，切削发热量大，故在实际中不能采用大转速和大进给，而应该采用相对较低的转速和进给，根据实际情况分别选用12r/min的转速和3mm/min进给速度。
2.4 加工工艺
根据合金辊环孔型，采用从孔型中心线进给，分别向左右走刀的方法，由于切削深度较深，不能一次成形，此时采用分层切削，按单边进给0.5mm，先粗车，后精车。
3 结语
通过改变加工工艺的措施：采用自制夹具，在车床上先进行孔槽的粗加工，以去除大部分加工余量后，再进行数控磨削加工，解决高速线材厂新开硬质合金辊环磨削加工效率低的状况，达到提高硬质合金辊环加工效率之目的；据统计，磨削加工一件新辊环需要约16小时；采用先粗车辊环后磨削，加工一件需要4.8小时，能提高硬质合金辊环的加工效率。合金辊环孔槽粗加工工艺改进，实践证明是可行的，对如何解决工作中存在的问题作出良好的示范作用和对生产实践有很好的指导意义。