小口徑不銹鋼圓管內(nèi)壁拋磨機(jī)的研制

張寶慶

（長春理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，吉林長春 130022）

不銹鋼管安全可靠、耐腐蝕、經(jīng)濟(jì)適用，其管道的薄壁化以及新型可靠、簡單方便的連接方法，使其具有更多其他管材不可替代的優(yōu)點(diǎn)，工程中的應(yīng)用越來越多，尤其在化工、制藥、食品行業(yè)的需求用量是巨大的。

小口徑不銹鋼圓管內(nèi)壁粗糙度［1］一般在 Ra1.2 μm左右，在很多行業(yè)、尤其在制藥行業(yè)達(dá)不到Ra0.4 μm要求，容易殘留污染物，使產(chǎn)品的無菌級別降低，影響銷售量和產(chǎn)品價格，必須采用拋光處理。由于市場上沒有高效的不銹鋼管內(nèi)孔壁拋磨設(shè)備，只能購買加工［2］后的成品或進(jìn)口不銹鋼管，其價格昂貴且供貨周期較長，經(jīng)常影響生產(chǎn)。為解決上述問題，設(shè)計(jì)一臺高效、實(shí)用的小口徑不銹鋼圓管內(nèi)壁機(jī)械拋磨機(jī)床，是不銹鋼管制造行業(yè)的迫切需求。

對于細(xì)長不銹鋼管內(nèi)壁拋光問題，一般采用電解拋光、離心拋光和磁力拋光，較常用的是電解拋光方法，因?yàn)殡x心拋光和磁力拋光二者只能實(shí)現(xiàn)微量切削，不適合大切削量、大批量的細(xì)長不銹鋼管的拋光，效率又比較低。

電解拋光前必須進(jìn)行拋磨，以去除氧化層，同時電解拋光要求被拋磨的管件內(nèi)壁粗糙度為Ra0.5 μm左右，故在電解拋光前必須進(jìn)行一次去氧化皮及減小表面粗糙度值的拋磨加工。細(xì)長不銹鋼管最好采用機(jī)械拋磨的加工方法，但由于管子很細(xì)、長徑比又大，加工不方便，一般的機(jī)械拋磨、拋光設(shè)備只能加工2 000 mm左右長度、內(nèi)徑為φ13 mm以上的不銹鋼管，且表面粗糙度需經(jīng)多次拋磨才能達(dá)到效果，難以加工細(xì)小口徑的不銹鋼管。故我們設(shè)計(jì)了一臺簡單、高效、實(shí)用的小口徑不銹鋼圓管內(nèi)孔壁拋磨機(jī)床，它采用調(diào)頭拋磨加工方式，可加工口徑為φ6～24 mm、長度為6 m的不銹鋼管，一次拋磨可去除氧化皮，且粗糙度可由原來的Ra1.2 μm左右拋磨至Ra0.5 μm以下，可同時起到磨削與拋光作用，為電解拋光作好準(zhǔn)備。

由主軸帶動刀桿高速旋轉(zhuǎn)，管件進(jìn)給，同時加工4根管件，加工效率高。通過調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，更換拋磨頭及砂帶的品種，可實(shí)現(xiàn)不同切削用量切削使之達(dá)到不同表面粗糙度的要求。

1 機(jī)床工作原理及實(shí)施方式

1．1 機(jī)床工作原理

該設(shè)備原理類似多頭深孔鉆床［3］，類別屬于組合機(jī)床。

工作原理是溜板上的卡盤固定被拋磨的管件，將刀桿伸入鋼管孔內(nèi)，啟動刀桿驅(qū)動電動機(jī)，拋磨頭高速旋轉(zhuǎn)，啟動溜板向刀桿一側(cè)移動，拋磨頭拋磨鋼管內(nèi)表面，同時浮動刀桿中心托架在溜板的帶動下隨格柵縮放而與不銹鋼管協(xié)調(diào)移動，并均勻分布在管外的刀桿上，當(dāng)溜板行至刀桿夾頭附近止點(diǎn)后，作后退運(yùn)動，刀桿繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，如此反復(fù)，直至符合要求，然后鋼管調(diào)頭固定并拋磨另半段。

1．2 實(shí)施方式

參閱圖1，具體實(shí)施方式是通過框架式機(jī)架8的上平面一端安裝刀桿驅(qū)動電動機(jī)11，經(jīng)變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動主軸，主軸頭部安裝刀桿夾頭10，夾頭上夾持刀桿9，刀桿前端安裝拋磨頭;機(jī)架上平面兩側(cè)的滑道安裝框架式溜板3，機(jī)架下安裝溜板驅(qū)動電動機(jī)4及傳動機(jī)構(gòu)2，在溜板上與刀桿拋磨頭同軸線固定待拋不銹鋼管卡盤1，卡盤上固定待拋磨不銹鋼管;鋼管通過與溜板聯(lián)接的格柵5一起協(xié)調(diào)移動并與刀桿精準(zhǔn)導(dǎo)向?qū)χ?格柵上安裝的浮動刀桿中心托架6對細(xì)長刀桿起支撐作用，保證刀桿9旋轉(zhuǎn)時不致發(fā)生較大的振顫。整個電器控制部分通過控制面板7實(shí)現(xiàn)。另外，此機(jī)床由4臺電動機(jī)帶動4個拋磨頭同時對4根鋼管進(jìn)行拋磨。

2 創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

此機(jī)床的關(guān)鍵部位是拋磨頭，磨頭是否有效，拋磨切削效果是否良好，是機(jī)床成功與否的關(guān)鍵。

針對小口徑不銹鋼管的特點(diǎn)，一般的磨頭不能伸入小口徑細(xì)長管內(nèi)，即使能伸入，也不能對管內(nèi)壁產(chǎn)生磨削力。為此，本臺機(jī)床設(shè)計(jì)了一種自漲磨頭，其原理是利用磨頭在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生增勢磨擦力，從而對內(nèi)孔壁磨削。具體實(shí)施方式見圖2所示，磨頭芯軸1旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生原動力矩，經(jīng)脹套2傳遞，作用在磨料砂帶3上產(chǎn)生漲緊力與摩擦力，完成砂帶對內(nèi)壁的拋磨過程。

3 不銹鋼管拋磨前后內(nèi)壁粗糙度檢測對比

經(jīng)過試驗(yàn)，從拋磨前后的樣件中隨機(jī)選取，經(jīng)長春理工大學(xué)精密檢測室作粗糙度檢測，檢測圖片如3所示。從圖片中可以看出，未拋磨之前的Ra值為1.26 μm，拋磨后的Ra值為0.46 μm，提高了一倍以上，達(dá)到預(yù)期效果。

4 結(jié)語

該機(jī)床（圖4）的研制花費(fèi)了近6個月的時間，在安裝、調(diào)試完成后，將多種規(guī)格樣件作拋磨處理，粗糙度均達(dá)到Ra0.5 μm以上，且性能穩(wěn)定，隨即投入生產(chǎn)。實(shí)踐驗(yàn)證，生產(chǎn)效率高、拋磨質(zhì)量好，解決了小口徑細(xì)長不銹鋼管內(nèi)壁拋磨問題，很好地解決了電解拋光前的表面處理難題。

該機(jī)床設(shè)計(jì)新穎，功能齊全、性能先進(jìn)，自動化程度高，結(jié)構(gòu)簡單，且投資小，屬于相關(guān)行業(yè)頂級開發(fā)項(xiàng)目，達(dá)到了安全，環(huán)保、潔凈等通用技術(shù)條件，經(jīng)過適當(dāng)?shù)匕b，可以成為現(xiàn)代化的半自動設(shè)備，推向市場，在不銹鋼管生產(chǎn)企業(yè)，或者潔凈不銹鋼管應(yīng)用企業(yè)，產(chǎn)生巨大效益。

［1］何永利，段虹，王仲民．鋁合金高速切削表面粗糙度的實(shí)驗(yàn)研究［J］．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2006（1）:117－118．

［2］蔡鋒，桂永孚．不銹鋼管材拋磨新工藝［J］．焊管，1997，20（4）:43 －51．

［3］李祥貴．雙面鉆床進(jìn)給量的變更方法［J］．設(shè)備與維修，2009（14）:61－62．