不锈钢轴承座零件加工工艺优化
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摘 要：该文以不锈钢轴承座零件为研究对象，以现有加工工艺路线为基础，以加工效率提升为立足点，以毛坯精化、余量精减、高效加工技术为核心，采用毛坯精化交付、精减加工余量、控制加工参数和走刀路线等新鲜工艺，彻底取代了传统的稳定处理工序，大大缩短了工艺过程，摸索出一套完整、通用、有效的适合不锈钢轴承座零件的工艺方法，提升了工艺效率。
关键词：不锈钢;轴承座零件;工艺路线;高效铣削
中图分类号：TH133 文献标志码：A
0 引言
该文的研究对象为不锈钢轴承座，属于支点类零件。结构复杂，尺寸及技术条件要求严格，在现场批量生产中，存在周转时间长，加工效率低，不能满足配套要求的问题。此工艺研究的目标不仅是提升该零件的加工质量及效率，同时也是对不锈钢轴承座类零件新型加工模式的探索。
1 技术方案
1.1 制约零件生产效率和合格率的关键因素识别
产品原工艺路线为：毛坯——单件粗车——单件调质——单件半精车——单件热处理——单件精车——单件铣加工——焊接——组件粗车——组件精车——组件孔加工——检验。
粗车、调质工序为大余量毛坯衍生工序，占整个单件加工周期的一半左右，是制约单件交付周期的关键因素;单组件半精车、精车工序预留余量不均匀且组件余量较大，零件加工后存在残余应力，易变形，影响产品质量;工艺路线冗长，车工序穿插热处理工序，周转过程多;铣加工工序加工余量大，属于不锈钢大余量深腔铣削范畴，是不锈钢轴承座加工中的瓶颈。
梳理出制约零件生产效率和合格率的关键因素后，进行如下工艺优化：
1.2 精减毛坯余量，实现均匀余量最终热处理状态交付
毛坯自由锻成型，内腔余量50 mm，因厚度过大，无法实现毛坯最终热处理交付，衍生了单件机加工艺中的大余量粗车工序和调质热处理工序。优化毛坯成型工艺，内部型腔加工余量由50 mm减少至30 mm以内，实现减余量毛坯锻造，将毛坯粗加工、热处理工序封闭至毛坯成型工艺，单边余量留3 mm最后再进行热处理交付，与毛坯精化交付这一发展趋势相匹配。
1.3 工艺方案优化、取消单件热处理
毛坯均匀余量最终热处理交付，原工艺路线中粗车及调质工序相应取消，零件外部周转工序减少。工艺方案同时取消了单件稳定处理工序，通过控制型面上刀量、加工参数调整、固化等加工手段实现零件状态的稳定控制。
1.4 均匀余量高效车加工
单件半精加工、精加工4个工序连续排列，全部采用R0.8偏刀进行型面车削，实现切削力最小化。通过循环程序控制加工量，每刀切深0.5 mm，加工进给F=0.16 mm/r，加工方案为循环程序去除大余量，预留0.3 mm供精加工保证尺寸及技术条件。不锈钢材料车削性能良好，零件刚性较强，控制每刀切深和加工进给的同时，通过提升切削线速度实现加工效率的大幅提升。
1.5 减少加工余量，提升加工效率
组件车加工余量由3 mm减少至2 mm，采用循环车加工去除大余量，预留0.3mm余量供保证型面尺寸的数控加工方案，由于原加工参数较为成熟，改进时为未对其进行调整。
型面去除余量时每刀切深0.5 mm，半精车工序由2 mm余量减少至1 mm余量，每个粗车循环刀路减少2刀，精车工序由1 mm余量减少至0.8 mm，每个粗车循环刀路减少1刀，相应工序切削时间得到降低。
1.6 长悬伸刀具系统深腔铣削加工提效
单件铣加工工序为制约不锈钢轴承座交付周期的主要瓶颈工序，该工序因加工部位位于零件内腔底部、余量大，属于长悬伸刀具深腔铣削范畴，加工效率极低，在各类型加工设备中均进行了加工尝试，工序加工时间为60 h，加工效率不能满足交付周期。
原加工方案采用悬伸120 mm的φ20合金铣刀粗加工，清根及精加工由φ10R1.5铣刀去除，φ10R1.5刀具系统工作时最短长度达415 mm，加工过程刀具振颤严重。
优化加工工艺方案，将刀柄系统沿零件型面锥度做到最大实体，实现通过刀柄“增重”实现高刚性，刀杆悬伸较长，采用重金属刀杆代替普通刚杆，提升刀具系统的抗振性，同时计算最短刀具悬伸实现刀具满足加工条件下的最优结构。
簧式刀柄采用接触的方式，难以保持刀具系统的动平衡，同时夹持力远小于面接触，采用热胀接口实现面接触的同时可以将刀柄探入零件的部位做到更小，刀具系统刚性显著增强。
加工过程选用主偏角较小、刀片、刀头、刀杆组合形式的高进给刀具，每层切深0.25 mm。进刀采用沿内型面螺旋线渐进方式，保证斜坡铣角度1°，实现平稳进刀，转接R部位通过刀路光顺实现圆弧过渡，避免拐角部位刀具全包络导致的余量突变。
由于刀具主偏角小，切削过程径向分力较小，承受的轴向力大大增加，不容易引起振动，反而适用于余量较大的、悬伸较长的粗加工过程，相应地可以得到较高的加工进给，刀具消耗也显著降低。
刀具系统本身的刚性增强结合加工中的轴向力，使改善前的加工振动现象不再存在，同时由于采用了螺旋线进刀、小切深（0.25 mm）快速切削，加工状态平稳，实现了均匀余量快速去除的理想状态。
现场加工中以S975 r/min，F1350 mm/min的加工参数进行分层铣削，螺旋进刀过程进给降速至50%。首轮验证时每2 mm设置抬刀指令观察刀具状态，实际验证后只需中途更换刀刃一次，粗开槽用时4 h，单台加工刀片消耗3片。
转接R清根及型面精加工采用φ10可换头锥度铣刀配合热胀刀柄完成。刀具刚性的增强保证了切削过程的平稳，精铣内圆每层切深2 mm，精铣外圆每层切深0.3 mm，精加工进给可达500 mm/min。
改进前铣加工工序深腔铣工步理论切削时间51.61 h，改进后8.54 h，理论切削效率提升83.4%。实际全工序加工时间由60 h减少至14 h，同时单台刀具消耗减少1 238.5元，通過高速铣削达到加工效率提升目的的同时降低了加工成本。
2 总结
优化后不锈钢轴承座新工艺路线为：毛坯——单件高效半精车——单件高效精车——高速铣加工——焊接——组件高效粗车——组件精车——孔加工——检验。
通过毛坯精化交付、精减加工余量、控制加工参数和走刀路线的方式取消了传统的稳定处理工序，工艺过程大大缩短。
零件原机械加工时间346 h，改进后加工时间235.5 h，效率提高31.9%，尺寸及技术条件符合设计图样要求。
3 经验、问题与建议
3.1 经验
工艺方案优化过程就是将复杂过程简单化、工序加工高效化、自动化的过程，通过精简工艺路线，优化加工方案，可使零件整体加工周期大大缩短。
3.2 问题
工艺优化过程应用了高速车削、高速铣削技术实现工序加工效率的大幅提升，高速切削过程需选用与其匹配的加工刀具系统，采用常规刀具进行高速切削往往会附加较多的加工刀具成本。
3.3 建议
通过优化数控加工方案，实现无人干预是提升加工效率、稳定生产节拍的不二选择。
4 结论
通过对不锈钢轴承座加工工艺的分析及优化，制定出一条适合现有条件的高效加工工艺路线，随着新技术的不断出现，将会有更加高效的加工工艺方案可供选择。
参考文献
[1]陈延丽，郑煜川，刘仕伟.大型泵用不锈钢轴承盖精密铸造工艺改进[J].铸造，2018（10）：75.
[2]杜长全，李宝玉，刘薇.不锈钢关节轴承球面镀银工装改进[J].哈尔滨轴承，2014（7）：68.
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