高硬度合金鋼瓦楞輥風吸槽的先進加工方法

陳軍勝

肇慶市特種設備檢驗所，廣東肇慶 526060

高硬度合金鋼瓦楞輥風吸槽的先進加工方法

陳軍勝

肇慶市特種設備檢驗所，廣東肇慶 526060

本文主要介紹了一種加工紙板生產線的核心零件——瓦楞輥半月形風吸槽的獨創先進的方法。該方法主要是采用了改裝機床成為一種專用加工機床。改裝的方法比較簡單且成本投入較低，經濟效益良好。通過這種改進的加工方法能解決加工高強度材料過程中刀具快速磨損和工件震動的問題，同時也能保證加工零件及其部位的尺寸和形狀位置精度等，該項技術屬于同行業中一種較為新穎和先進的加工技術值得予以推廣和借鑒。

瓦楞輥；高硬度；半月形風吸槽；專用機床；切削加工

0 引言

瓦楞輥是瓦楞紙板生產線心臟機器——瓦楞機的心臟零件，其關鍵和重要性不言而喻。瓦楞輥的制造精度與使用壽命等指標會直接影響到使用廠家的生產效益和生產成本，換言之，一個制造精良的瓦楞輥零件將會直接給使用用戶帶來經濟效益。因此，瓦楞輥的設計與制造工藝一直是國內外生產廠家孜孜不倦追求改進和提高的重要課題。

筆者多年來一直從事瓦楞紙板生產線的研發與制造。瓦楞紙板生產線由多臺單機組成，其中的瓦楞機是一個核心。瓦楞機的作用是將成卷的原紙經過瓦楞輥的加溫加熱和碾壓加工成波浪形（瓦楞形狀），從而為后續工序最終加工成瓦楞紙板作基礎。用于碾壓原紙成型的瓦楞輥就成為了瓦楞機的核心零件。由于瓦楞輥在碾壓原紙過程中要采用外部風吸裝置來吸牢原紙，所以，在設計上就要求在瓦楞輥的外圓表面加工出若干條用以吸風的半月形風槽。本文所述的帶有半月形風吸槽的瓦楞輥應用于內抽式單面瓦楞機（目前較為主流的機型）。該風吸槽均勻地分布在瓦楞輥體的外表面，其長度、寬度和深度均相等，風吸槽的形狀要求寬度很窄但深度較深，因而在加工上是一個難點。

1 機床改裝設計

瓦楞輥通常采用48CrMo合金鋼為母材（熱處理后硬度很高），輥身幅寬可達2.5m，輥的直徑最大為430mm。由于瓦楞輥的材料特性很硬，在其外表面加工的風吸槽形狀獨特、分布密集等原因，采用普通的機床是無法實現風吸槽的加工要求，國內也未有廠家制造這種專用設備，因此只能通過自行設計改裝現有機床來實現。現將改裝設計的思路闡述如下：

1）選用CW6180普通車床實行改裝。該型號機床的加工范圍和剛性精度等均可滿足常用規格瓦楞輥的加工要求。

2）為了操作方便，改造后的機床中部將不設中心架作輔助支承。同時為了解決加工中零件的震動問題，改造后在尾座頂針套筒外圓上緊固一個套筒和焊接一個卡盤法蘭，法蘭上安裝一個φ325mm的三爪卡盤用以夾緊零件軸頭，這樣可有效提高加工的穩定性。

3）機床主軸的三爪卡盤的法蘭改造成帶有分度功能。風吸槽的徑向分度與分度法蘭的分度孔相一致。加工時通過對三爪卡盤的控制來帶動輥身轉動，從而實現風吸槽徑向分度的定位。

4）拆除車床溜板箱上原有刀架和小拖板，在原拖板位置安裝變速箱和旋轉電機等機械裝置。加工吸風槽用的銑刀由變速箱帶動，在加工時通過選擇合理的變速箱齒輪傳動比就可獲得理想的切削速度，切削深度則通過中拖板的進給來實現。

5）冷卻系統可采用原車床自帶的系統。改造后加長了冷卻液的管道，使噴槍能對準銑刀噴射冷卻液即可。

2 要保證半月形風吸槽的加工精度，除了對車床的必要改裝，還需注意以下幾點：

1） 機械加工的難度較大

瓦楞輥的材質因其使用特性，要求有很高的內部強度和表面硬度。這種特性對于機械加工而言是一種難度，瓦楞輥切削條件的惡劣性有兩個方面：其一是材料強度大。瓦楞輥選用的48CrMo合金鋼材質，經過調質熱處理后的硬度為34HRC，其σb達1 220N/mm2。其硬度是常用材質45＃鋼的2.03倍，其σs值為45＃鋼的3.09倍。其二是加工的吸風槽要求深而窄。該風吸槽寬度為2.5mm，深度為25mm，深寬比達到了10，機械加工的難度明顯加大。

2） 選擇合適的刀具

對切削材料進行分析，如只考慮其切削性能的話，選用YG類硬質合金刀片的鋸片銑刀在使用壽命上有優勢，但這種刀具的訂購和自制都較困難。經對比試驗后最終選用了W18Cr4V高速鋼標準銑刀（可以返磨）作為切削刀具。而刀具后制造廠家時則選擇了哈爾濱工量具廠和成都工量具廠。

3）銑刀主后角α的確定

標準的高速鋼鋸片銑刀的后角一般為20°，較適宜于加工45＃鋼等一般鋼材。在加工48CrMo鋼等高硬度材料時易崩刃和產生較大的震動。根據被加工材料塑性變形小、刀具后角磨損小的特點，我們修改其后角為15°，這樣改動后可減少刀具的震動和增加其耐用度。

4）切削速度的選擇

在加工時如果切削速度過大（轉速大于120r/min時），極易造成刀具的崩刃和磨損，另外轉速太小又會降低加工的生產效率。經過反復的對比試驗，最后確定鋸片銑刀轉速為80r/min，這樣的轉速既能保證加工質量又能兼顧生產效率。

5）冷卻液的選擇

冷卻液的作用：一是冷卻刀具和工件，二是減輕刀具與工件摩擦。由于鋸片銑刀的切削方式為間斷式切削，應重點考慮減輕刀具與工件摩擦的作用，因而選擇柴油代替常規的乳化油作為銑槽的冷卻液是較為合適的，在實際應用中也得到了驗證。

3 改裝后機床的實際工作和操作過程及其注意事項

3.1 定位和裝夾方法

首先，要用車床床頭箱頂針和尾座頂針分別頂住瓦楞輥兩端軸頭的中心孔，以同軸線定位圓柱銷對正輥筒端面其中一個Φ22真空腔定位。最后分別用主軸和尾座的三爪卡盤緊固瓦楞輥的兩端軸頭。

3.2 機械加工過程

瓦楞輥輥筒經過上工序精車外圓后會加工出一些環形刻線，這些環形刻線是風吸槽的軸向定位線。在加工前銑刀應首先對準該刻線，然后啟動裝在車床溜板箱上的電機，通過變速箱來帶動銑刀旋轉切削零件。在加工過程中要持續用冷卻液噴槍對準切削區噴射冷卻液，保證刀具和零件的降溫和潤滑的要求。通過中拖板的進給，用變速箱末端定位圓柱銷來控制風吸槽的切削深度。當需要在另一角度加工風吸槽時，先松開尾座的卡盤，之后通過旋轉車床床頭箱的三爪卡盤（其聯接法蘭帶分度機構）來帶動輥身轉動，在到達確定的角度后再以定位圓柱銷固定分度孔，最后夾緊尾座卡盤就可以繼續切削加工了。重復以上步驟最后可完成瓦楞輥上所有風吸槽的加工。

3.3 加工中需要注意的地方

加工吸風槽的工序是安排在對輥體整體進行調質熱處理之后的，在加工完吸風槽后還要進行的瓦楞輥的整體高頻淬火熱處理。為了避免在高頻處理時出現風吸槽槽邊位置應力集中出現裂紋的缺陷，在制造工藝上就要求加工風槽的過程中須要確保風槽位置的溫升不能太高，否則會造成風槽邊區域硬度不如其他區域的系統缺陷（這種缺陷就是我們常說的“風吸槽邊軟帶”現象），這點在加工吸風槽的過程中應予以高度重視和嚴格執行。

經過一段時間的實踐操作，事實證明了這種用改裝車床來銑削加工半月形風吸槽的方法是可靠實用的，同時也能較好地保證瓦楞輥風吸槽的加工精度，作為一種新創先進的加工方法值得在同行業中予以推廣和借鑒采用。

[1] 孟少農主編.機械加工工藝手冊.機械工業出版社，1995.

[2] 成大先主編.機械設計手冊.化學工業出版社，1993.

[3] 余能真主編.車工.中國勞動出版社，2001.

[4] 林約利，程芝蘇編.簡明金屬熱處理工手冊.上海科學技術出版社，2003.

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1674-6708（2010）18-0015-002