軸承鋼鋼領車削工藝探討

王志龍

(南京第一機床廠有限公司邁新特公司，江蘇南京 211100)

0 前言

我國是世界紡織大國，擁有環錠細紗機錠數約8 000萬枚，其數量居世界首位。20號鋼鋼領占全國鋼領市場的90%，瑞士布雷克公司的鋼領〔軸承鋼(GCr15)或合金鋼〕約占我國市場的5%-10%。市場潛力巨大，我公司生產的軸承鋼鋼領生產線已成功地銷往紡織行業。銷售價格是20號鋼鋼領的3～4倍，邁出替代進口同類產品的第一步。本文對車加工工藝進行探討，鋼領的品質提升有待于涉及的行業共同努力。這是一個系統工程，材質要求的提高、熱處理工藝的優化、切削刀具的進步等各方面的齊心努力，才能使我國的鋼領成為世界的名牌。

鋼領是指環錠細紗機和環錠捻線機中起加捻和卷繞作用的鋼制圓環形機件。按幾何形狀分為平面鋼領、豎邊鋼領和錐面鋼領三種。環錠的“環”字指的就是鋼領。其中，平面鋼領使用廣泛，且用量較大。現著重平面鋼領車加工工藝的探討。

1 軸承鋼平面鋼領的車削工藝探討

選用數控全自動專用機床加工軸承鋼鋼領(圖1)，數控系統要求帶有圓弧插補功能。選用機夾固定不重磨刀具，刀片涂層和材質的選用針對軸承鋼材料，且注意斷屑槽型的選擇。切削過程要保持斷屑，避免帶狀鐵屑的纏繞影響加工品質和自動化的過程。

圖1 軸承鋼鋼領加工圖

1.1 加工基準的選擇(見圖1(b))

根據基準“三統一”的原則，即設計基準、裝配基準、加工基準統一使用一個基準。圖中A基準是設計基準和裝配基準，所以選擇A基準和B基準為加工基準。

1.2 根據毛坯和零件圖分析

a)切削余量較大，壁厚最薄處只有0.5 mm(見圖1(b))，強度和剛度低，易變形。

b)形狀復雜，內跑道由三段圓弧和一段斜線構成(見圖1(c))，外跑道由一段圓弧和一段斜線構成(見圖1(b))。關鍵在于控制好內跑道、右端面和A基準的相對位置精度，所以工藝要考慮粗加工、半精加工和精加工分開加工。

1.3 粗基準的選擇

選擇零件右端的外圓和端面作為粗基準(夾持端)。

1.4 通過工藝分析，分三道工序完成對該零件的車削加工

a)第一道工序:夾持零件右端以毛坯外圓和端面為粗基準。

第一工步:加工基準A端面和基準B外圓，作為后兩道工序的加工基準。

第二工步:除三段內圓弧R1.6、R0.9、R0.45和9°內錐面(見圖1(c))放精加工余量外，其余分粗、精加工達到圖樣要求。注意:基準A端面只允許內凹。

基準A端面和基準B外圓與內跑道一次裝夾后，加工完成，保證了它們之間的相對位置精度。

b)第二道工序:以基準A端面和基準B外圓作為夾持端

第一工步:加工右端面。

第二工步:外徑部分加工余量大，可用寬1.82.0 mm割刀粗加工，效率高。

第三工步:用外圓刀加工各部至圖樣要求，圓弧R1.6和19°錐面放超精加工余量。

c)第三道工序:以基準A端面和基準B外圓作為夾持端

第一工步:精鏜9°內錐面和內圓弧R1.6、R0.9、R0.45，放超精加工余量。

第二工步:用陶瓷刀具超精加工9°內錐面和內圓弧R1.6、R0.9、R0.45，達到圖樣要求。

第三工步:用陶瓷刀具超精加工19°外錐面和外圓弧R0.6，達到圖樣要求。

2 使用數控技術和不重磨刀具的優點

1)使用數控技術和圓弧插補技術進行切削加工，圓弧的幾何形狀能夠達到圖樣要求，沒有圓弧變成橢圓弧的現象(相對成型刀切削)。

2)鋼領的內跑道和外跑道組成的直線與圓弧、圓弧與圓弧的切點位置坐標準確，且精度高。

3)加工表面連續光滑，沒有明顯的接刀痕跡。

4)不需軋光工藝。

5)零件的一致性容易控制。

6)選擇合適的刀具材料和斷屑槽型，沒有帶狀鐵屑，有利于提高表面加工品質。

7)減少了對操作人員個人技能的依賴度。

8)使用不重磨刀具，便于切削數據庫地建立和經驗的積累。

9)對每個切削刃加工合格零件數量進行統計，提前更換切削刃保證了產品品質。

10)使用不重磨刀具，減少了員工磨刀的時間，降低對員工的技能要求。

3 普通機床加工和軋光工序的分析

1)用普通機床加工鋼領對員工的技能要求高，培養周期長。

2)采用高速鋼成型刀具，其前角在10°左右，使圓弧R變成橢圓弧，造成鋼領圓弧的幾何形狀發生變化。

3)由于每人每次裝刀的差異(憑目測、感覺及經驗)，造成圓弧坐標位置不準確，品質不穩定。

4)用成型刀進行成型切削(圓弧段和斜線段)每點的切削速度不同、切削方向不同(圓弧曲率不同)，造成加工表面不光滑，表面粗糙度精度等級低。

5)成型刀切削比數控軌跡法切削效率要高，追求低品質產品的效率，戰略方向上是否出現了偏差，需要去思考。從售價上看，與國外相差近20倍。所以鋼領生產企業需要轉變觀念，新一輪的產業結構調整也需要企業站走進高端制造，搶占制高點。

6)軋光工藝提高鋼領表面的光亮度，無助于鋼領的形位公差精度的提高，反而有所降低。軋光是對鋼領加工表面進行無切削滾壓的過程，要施加一定的滾壓力。在滾壓表面集聚滾壓應力，淬火后應力釋放重新分布造成零件變形圓度在0.2 mm。

7)低速切削形成大量的帶狀鐵屑易劃傷已加工面，乳化液的使用也污染環境。

4 鋼領技術要求的探討

圓度和平面度是形狀公差，不是位置精度公差。鋼領是鋼絲圈的一條“高速公路”，速度在300 r/s，產生約300°以上的高溫。兩者接觸面多少的問題和慣量問題的考慮，都需要對鋼領的位置精度進行探討。

5 經濟性分析

1)20 號鋼鋼領售價1.5～1.8元/只，瑞士布雷克鋼領售價30元/只。現在生產的軸承鋼鋼領售價6.2～6.8元/只，未來售價在20～30元/只。市場需要培育，用戶需要認知，向國外高端產品看齊是需要一定的過程。

2)替代進口產品，按全年進口200萬只鋼領計算，可減少外匯支出6 000萬元人民幣。

3)軸承鋼鋼領高速軌跡法車削工藝方案，帶動我司專機銷售360萬元，成為新的經濟增長點。

4)由1人操作三臺專機生產線，可減少2人。按人均年收入3萬元計算，單班制可節約人力成本6萬元，雙班制生產可降低人力成本12萬元，且品質、產量和效率同步提升。

［1］楊叔子.機械加工工藝手冊.［M］.北京.

［2］沈其文，徐鴻本.機械制造工藝禁忌手冊.［M］.北京.

［3］袁哲俊，劉華明.金屬切削刀具設計手冊.［M］.北京.

［4］曾正明.機械工程材料手冊［M］.北京.

［5］顧崇銜.機械制造工藝學［M］.北京.