棒料套切加工技術(shù)分析

薛雪，劉強(qiáng)

(中國(guó)航發(fā)哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150000)

軸承套圈毛坯有鍛件、冷擠件、管料和棒料等，毛坯留量大小決定套圈材料的利用率，對(duì)生產(chǎn)成本產(chǎn)生影響。對(duì)管料、棒料多直接進(jìn)行車削，去除多余金屬量，其加工自動(dòng)化、連續(xù)性好，適用于大批量生產(chǎn)。但采用實(shí)心棒料加工的材料利用率低，一般在36%以下，鉆孔消耗材料極為嚴(yán)重。

1 現(xiàn)狀分析

某航空軸承零件的質(zhì)量控制要求高，由于管料毛坯的裂紋和夾雜較多，質(zhì)量控制風(fēng)險(xiǎn)大，因此采用棒料作為毛坯用料。采用數(shù)控棒料機(jī)進(jìn)行投料加工，加工方法為集中工序車削法，但是在加工內(nèi)孔表面時(shí)，鉆孔產(chǎn)生了大量鐵屑，材料利用率非常低，影響生產(chǎn)成本，擬采取措施予以解決。

2 套切加工方案分析

套切加工具有一定的先進(jìn)性，對(duì)不同規(guī)格、數(shù)量零件的合理套切可以有效地減少?gòu)U料，提高材料的利用率，并且能大大提高加工效率。

擬采用的套切加工是指將實(shí)心棒料通過端面切槽刀分離，再分別進(jìn)行加工。套切的關(guān)鍵是端面切槽刀，其同時(shí)完成了外圈內(nèi)徑面和內(nèi)圈外徑面的加工，因此對(duì)機(jī)床的靜、動(dòng)態(tài)性能以及刀具的要求較高。若端面切槽刀的強(qiáng)度不夠，在分離兩套圈時(shí)會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)或切屑的影響而打刀(斷)；此外,合理的選用切削參數(shù)也十分重要。

2.1 套切工藝過程

套切采用設(shè)備為數(shù)控棒料機(jī)HTC3230，機(jī)床采用臥式整體鑄鐵床身，床身導(dǎo)軌采用鑲鋼淬硬精密磨削導(dǎo)軌，機(jī)床剛性較好。套切加工如圖1所示，工藝過程為：車端面、外圈外徑面→鉆內(nèi)孔→鏜內(nèi)孔→切端面槽→切斷(分離兩套圈)→分別加工兩套圈。

圖1 套切加工工藝過程簡(jiǎn)圖

2.2 端面切槽刀的優(yōu)選

為確保端面切槽刀具的加工性能，其選擇依據(jù)如下：

1)依據(jù)切削寬度和待加工工件幾何形狀，盡量選擇寬的刀片和刀體。

2)根據(jù)工件需加工的最大深度，確定刀具的最大切削深度，使刀具的懸伸盡量小。加工不同型號(hào)套圈時(shí)，可通過更換不同刀夾實(shí)現(xiàn)加工。

3)根據(jù)工件首切直徑范圍，盡量選擇靠近其大直徑范圍的刀具。

2.2.1 刀桿與刀夾的配合

如圖2所示,端面切槽刀刀夾采用兩螺釘與刀桿配合，同時(shí)刀夾的導(dǎo)引槽與刀桿的鍵槽配合，使刀桿與刀夾配合后，夾持更穩(wěn)固、可靠，精度更高。

圖2 端面切槽刀結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2 刀片的選擇

端面切槽屬于探入式切削，排屑困難，因此刀片的選擇十分關(guān)鍵。經(jīng)過研究，選擇前刀面呈凹形曲線的刀片，使加工鐵屑被凹形槽兜住，并沿前刀面流向已加工表面。

2.2.3 刀片與刀夾的優(yōu)選

根據(jù)刀具的選擇原則和梳理的部分套圈車加工尺寸(表1)，組配出4種刀片，具體規(guī)格見表2。

表1 套圈尺寸表

表2 可換式刀夾規(guī)格表

2.3 加工難點(diǎn)及解決措施

1)為避免刀具受中心高的影響產(chǎn)生振動(dòng)，切端面槽前需檢查刀具切削刃與工件中心線是否平齊，方法為：工件端面車削至工件中心后，檢查端面殘留毛刺大小，以確定兩者是否對(duì)齊。

2)端面切槽刀的推薦切削參數(shù)為：切削速度v=90～110 m/min，進(jìn)給量f=0.05～0.1 mm/r。通過對(duì)GCr15，8Cr4Mo4V，9Cr18這3種材料進(jìn)行試驗(yàn)，在保證套圈表面質(zhì)量和精度要求下，最終確定的切削參數(shù)為：v=95 m/min，f=0.08 mm/r。

3 套切加工成本分析

3.1 材料利用率

以圓柱滾子軸承RNU204為例，外圈棒料尺寸為φ48 mm，內(nèi)圈棒料尺寸為φ30 mm。用端面切槽刀進(jìn)行套切加工可節(jié)省一個(gè)內(nèi)圈，以軸承鋼棒料為例，棒料價(jià)格為1.3萬元/噸，單個(gè)內(nèi)圈原材料成本為1.37元，以每年φ48 mm棒料投料數(shù)量為30萬件計(jì)，年節(jié)省原材料成本可達(dá)41.1萬元。其他不同材料棒料節(jié)約成本見表3，材料利用率由原來的36%提高至62.5%。其余尺寸的棒料可根據(jù)分離套圈的間隙來更換刀夾，從而實(shí)現(xiàn)所有棒料的套切加工。

表3 不同材料套切加工節(jié)約成本

3.2 生產(chǎn)效率

仍以圓柱滾子軸承RNU204為例，軸承材料為GCr15，棒料尺寸為φ48 mm，一般情況下，外圈每件加工需用時(shí)3 min，內(nèi)圈每件加工需用時(shí)2.5 min，每批量加工需換活時(shí)間和輔助時(shí)間約4 h。而套切加工外圈、內(nèi)圈同時(shí)完成，共需4 min，并節(jié)省一次換活時(shí)間；節(jié)省了內(nèi)、外圈一側(cè)倒角的時(shí)間約3.88h。單件約省時(shí)間0.033h，以全年30萬

套計(jì)，可節(jié)省時(shí)間約9 900 h，約合1 237.5個(gè)工作日。工藝改進(jìn)前、后的加工效率對(duì)比如圖4所示。

圖4 2種方法加工效率的對(duì)比

3.3 刀具成本分析

與改進(jìn)前加工方法相比，套切加工節(jié)省了外圈內(nèi)徑加工的鉆頭和鏜孔刀，以及內(nèi)圈外徑加工用外徑刀。使用端面切槽刀加工外圈內(nèi)徑面、內(nèi)圈外徑面、分離兩套圈及倒角，刀具成本與改進(jìn)前基本持平。

4 結(jié)束語

使用棒料進(jìn)行套切加工，已經(jīng)在6204，NJ204，RNU204等幾個(gè)型號(hào)軸承上應(yīng)用，均達(dá)到了預(yù)期效果，套圈加工尺寸、表面質(zhì)量、精度均達(dá)到工藝要求。

對(duì)不同規(guī)格、數(shù)量零件的合理套切可以有效減少?gòu)U料，提高材料利用率，既節(jié)省材料成本又可提高加工效率，同時(shí)能降低機(jī)床耗電量和設(shè)備損耗，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。