SUS321细长轴加工

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摘 要：主要探讨在普通车床上的不锈钢细长轴工件，如何提高加工质量和生产效率，在车削过程中采用合适的加工方法及合理的加工步骤，就可以解决不锈钢细长轴当中出现的矛盾，不锈钢细长轴的车刀，就可以提高加工质量和生产效益，达到加工目的。

关键词：不锈钢细长轴；刀具选择；切削用量；工件装夹；冷却液

中图分类号：TD40 文献标识码：A

1 工件

2 图样常见的加工缺陷和解决方法

细长轴在加工中常见的缺陷有竹节，腰鼓，振动纹和锥度及弯曲超标等。

2.1 竹节型。在粗加工时由夹持过松或过紧引起。

2.2 腰鼓型。跟刀爪和工件表面摩擦引起刀爪磨损，使其与工件表面之间产生间隙。

2.3 振动和锥度及弯曲。跟刀爪顶得太松，工件产生振动。顶尖顶的过紧，工件受热后变形伸长，产生弯曲，过松会产生振动，主轴旋转中心和尾座顶尖不重合会产生锥度的误差。

3 刀具选择

3.1 刀具材料选择

采用TiC-TiCN-TiN复合涂层刀片的车刀，因为这种涂层硬质合金材料的刀片，具有良好的强度和韧性，又因其表面具有更高的硬度和耐磨性，更小的摩擦因数和更高的耐热性，而成为车削不锈钢的良好刀具材料。切断刀片，选用YW2材料的刀片作为切断刀。加工时切削力大，故刀杆必须具备足够的强度和刚度，以免在切削中发生颤振和变形。这就要求选用适当的刀杆截面积，同时调质处理的45钢或50钢来制造刀杆。

3.2 选择合理的刀具角度

为了减小车削细长轴产生的弯曲变形，要求车削产生的切削力越小越好。从车削钢料时得知：当前角γ0增加10°，径向力Fr可以减少30%；主偏角Kr增大10°，径向分力Fr可以减少10%以上；刃倾角λs取负值时，径向力Fr也有所减少。

3.2.1 前角（γ0） 增大前角可以降低切削力，所以前角取γ0=20°。车刀前刀面应磨有断屑槽，屑槽宽B=3～4mm，配磨 br1=0.1～0.15mm，γ01=-25°的负倒棱，使径向力减少，出屑流畅，卷屑性能好，切削温度低，减轻和防止细长轴弯曲变形和振动。

3.2.2 主偏角（kr）为了径向力减小，轴向力增大，减少切削时的振动和弯曲变形，但同时有有一定的径向力顶紧工件，主偏角Kr=90°（装刀时装成85°～88°），配磨副偏角Kr'=8°～10°，刀尖圆弧半径γS=0.15～0.2mm，有利于减少径向力。

3.2.3 刃倾角（λs）为了是车刀顺利的切入工件，刃倾角选负直，为-3～-9度左右，切屑流向待加工表面，避免划伤工件，光洁度下降。

3.2.4 后角较小a0=a01=4°～6°，起防振作用。

4 工件加工

4.1 准备工作

（1）确定工件的加工内容。确定被加工工件需在本机床上完成的工序内容及其与前后工序的联系。（2）确定工件的装夹夹具。根据已确定的工件加工部位、定位基准和夹紧要求，选用或设计夹具。采用液压高速动力卡盘，因它在生产厂已通过了严格的平衡，具有高转速（极限转速可达4000～6000r/min）、高夹紧力（最大推拉力为2000～8000N）、高精度、调爪方便、通孔、使用寿命长等优点。为减少不锈钢细长轴加工时受力变形，提高加工精度，采用液压自动定心中心架，定心精度可达0.03mm。（3）确定加工方案。制定加工方案的一般原则为：先粗后精，先近后远，先内后外，走刀路线最短。

4.2 选择合适的装夹定位方法

（1）在双顶尖间或一夹一顶安装工件。一夹一顶安装：即轴的一端外圆用卡盘夹紧，一端用尾座顶尖顶住中心孔的工件安装方式。这种安装方式可提高轴的装夹刚度，此时轴的外圆和中心孔同作为定位基面，常用于长轴加工及粗车加工。双顶尖法装夹法。工件定位准确，易保证同轴度。但用该方法装夹细长轴，其刚性较差，细长轴弯曲变形较大，而且容易产生振动.因此不适该工件。（2）使用跟刀架或中心架安装。在加工长轴类零件时，用跟刀架或中心架与轴外圆表面接触支承，以加强工件刚度，提高加工精度。（3）双刀切削法。采用双刀车削细长轴改装车床中溜板，增加后刀架，两把车刀，径向相对，前车刀正装，后车刀反装。工件受力变形和振动小，加工精度高，适用于批量生产。（4）采用反向切削法车削细长轴。在加工过程中产生的轴向切削力使细长轴受拉，消除了轴向切削力引起的弯曲变形。采用弹性的尾架顶尖，可以有效地补偿刀具至尾架一段的工件的受压变形和热伸长量，避免工件的压弯变形。（5）合理地控制切削用量。a.切削深度（t）。在工艺系统刚度确定的前提下，随着切削深度的增大，车削时产生的切削力、切削热随之增大，引起不锈钢细长轴的受力、受热变形也增大。因此在车削不锈钢细长轴时t=0.1～0.2mm。b.进给量（f）。进给量增大切削力不是按正比增大，因此提高切削效率的角度来看，增大进给量比增大切削深度有利。f=0.17～0.23mm/r。c.切削速度（v）。提高切削速度有利于降低切削力。这是因为，随着切削速度的增大，切削温度提高，刀具与工件之间的摩擦力减小，不锈钢细长轴的受力变形减小。但切削速度过高容易使不锈钢细长轴在离心力作用下出现弯曲，破坏切削过程的平稳性，所以切削速度应控制在一定范围。对该工件，切削速度要适当降低。v=50～80m/min。（6）妙用冷却液。合理地使用液能改善切削条件达到事半功倍的效果。

由于不锈钢的韧性大、切削不易分离，要求冷却液要有较高的冷却性能，以带走大量的热量。冷却液要有较好的渗透性，在切削中渗入到金属区的微细隙线中，使切屑易断离。由于粘性大、熔着性大，在切削螺纹过程中容易产生积屑瘤，故应使冷却液具有较高的性能。

取用几种合适的冷却液：（1）硫化油的配方为：矿物油98%，硫2%。（2）间接硫化油配方为：矿物油78%～80%，黑机油、植物油18%～20%，硫1.7%。（3）F43号机油适合于作不锈钢切削的冷却液，对车不锈钢螺纹效果最佳。其配方为：5号高速机油83.5%，石油磺酸钙4%，石油磷酸钡4%，氧化石油脂钡皂4%，二烷硫代磷酸锌4%，二硫化0.5%。

参考文献

[1]周宇.细长轴加工中刀具几何参数的选择[J].机械制造与自动化，2011.