機床功能部件滾動導軌滑座的生產方法

馮 力 吳一江

(紐威型鋼有限公司，江蘇 無錫 214026)

目前在我國制造業中所用的加工中心，其滾動功能部件直線導軌滑座的加工都是采用GCr15 圓鋼先熱鍛壓成扁坯，再經過金切加工而成。圖1 是原料到產品示意圖。

這種方法存在著以下幾個問題:

(1)耗材多。成品與鍛坯之間的截面積之比達到1∶1.7。材料利用率只有60%～70%。

(2)周期長。由于加工面多且又有深槽，刀具損耗量大，費用高。

(3)易產生應力集中。因所有面都要金切加工，且又有一定的深度，容易引起局部加工應力集中，其機械性能差。

而國外生產滾動功能部件直線導軌滑座，已經采用熱軋+冷拔成型工藝。

筆者公司從2009年開始研發和試制熱軋+冷拔成型工藝，通過一段時間的研發和試生產，最終完善了生產滾動功能部件導軌滑座的熱軋+冷拔成型工藝。

該生產工藝如下:熱軋圓鋼→熱軋成相似截面型坯→球化退火→噴丸去除氧化皮→磷化處理→皂化處理→冷拔→中間退火→(以上工序往返數次)→成品拉拔→矯直矯扭→噴丸表面處理→剪切上油打包→入庫。

1 熱軋相似截面型坯的設計

(1)首先根椐滑座成品的使用尺寸，確認為達到其尺寸和表面要求所必須的冷拔道次(必須考慮熱軋工藝的要求及局限性)，通過作圖與計算，確認為4 道次拉拔。

(2)冷拔材的拉拔量即拉拔系數視其材質和截面形狀決定，材質塑性好，截面形狀簡單拉拔系數就可以取到1.15～1.25;材質塑性差，截面形狀復雜就只能取1.05～1.1 之間了。本次拉拔量的確定見表1。

這只是一個初步的設計，在模具設計中還要作進一步的調整，但熱軋相似截面型坯的相對尺寸基本確定。

(3)再根椐熱軋經驗公式及熱軋工藝的要求相配合，確定熱軋相似截面型坯所需的圓鋼直徑φ。經過長期的實際應用，基本引用下列的經驗公式:

表1 道次拉拔量分配表

式中:系數1 為面積和對角線的比值;系數2 為熱軋坯料的寬高比。

根據計算得實用圓鋼直徑要大于φ112 mm。再根椐長度要求選用圓鋼為φ120 mm。見圖2。

2 冷拔工藝

冷拔工藝要點有:

(1)冷拔工藝道次的確定，如道次過多，造成人力物力的浪費;道次過少，就會產生成品邊角拉拔不到位的現象，材料表面不光滑，產生拉虛造成廢品。

(2)每道次變形量的確定，要根據拉拔設備的能力、材料的塑性系數、抗拉強度以及拉拔時材料金屬的大致流向來確定。

(3)關于模具設計，因為滑座截面是異形，拉拔時金屬不會均勻流動，有的部位流動性大，有的部位流動性小，所以必須確定金屬流動的大致方向，在模具設計中，每個異形面上的定徑長度不一定相等;同樣，在一次入口錐角和二次入口錐角都要用這種思維思考。稍不注意就會造成碎模或無法拉拔現象。

以上3 點非常關健，決定了拉拔的成功與否。

失敗的案例(見圖3)，A 為道次之間的拉拔量，α為二次入口錐角(變形區入口錐角)，每道次的入口錐角都不一樣，越接近成品入口錐角越小。圖3 所示只是其中的1 道次。拉撥時在兩腿內外側的拉撥量(α)也基本相等。但結果是拉撥不成功，拉撥材料大幅度向上彎曲，成廉刀形，模具在內側舌頭處斷裂(陰影部分)。

成功的案例(見圖4)，A、B、C 均為拉拔量，α1、α2、α3均為二次入口錐角，α3最大達到18°。兩腿內外側的拉撥量分配見圖，合理地把金屬進行導向，所用的二次入口錐角也各不相同，在C 處增大了錐度，縮短了定徑帶長度。事實證明這種方法是有效的，不但拉出了直度較好的產品，而且模具的損耗也大大減少。

3 軋頭(頭部成形)

頭部處理也是1 個關鍵點。我們使用過切割處理，但頭部不理想，拉拔時，內槽部分不到位，且沒有平滑的圓弧過渡段，造成大量碎模。切割過小，又造成拉拔斷頭。最后我們摸索設計了1 套相似截面的熱軋軋頭輥體系，部分切割再進行軋制，保證了頭部的要求，得以順利拉拔(見圖5)。

4 退火工藝

球化退火和中間退火也要引起足夠的重視，否則在拉拔時材料會出現斷裂，有時還會在同一根的冷拔材上產生較大的尺寸波動和無規則的彎曲。

GCr15 經熱軋加工后，必須進行球化退火，得到細小、均勻、完全球狀化的珠光體組織，以便于以后的冷拔加工和切削加工。

圖6 所示為球化退火工藝圖。先將相似截面型坯加熱至780 ℃，均溫后再保溫3 h，之后以9.9 ℃/h 的速度降至745 ℃，在此溫度下保溫2 h，再以8.9 ℃/h的速度降至715 ℃并保持1.5 h，最后以8.7 ℃/h 的速度將火爐溫度降至645 ℃，并打開爐門，空冷至常溫。

中間退火是為了消除冷加工后產生的應力，恢復材料的塑性和韌性。圖7 所示為中間退火工藝圖，將相似截面型坯加熱至690 ℃，均溫后再保溫6.9 h，之后停止加溫，在爐中冷卻2 h 后，打開爐門空冷至常溫。

5 噴丸除鱗與磷皂化

我們原來使用溫度為55 ℃、濃度為8%的硫酸溶液對材料進行酸洗處理，使用后發現，由于材料進行過球化處理，氧化層較厚且厚薄不勻，有的地方已經過酸，出現小麻點，而有的地方還沒有酸洗干凈，而且有時熱軋時材料表面有劃傷，經過酸洗后就看不出來，經拉拔后才能發現，再去進行修磨已晚，劃傷已被拉大拉深。于是我們采用噴丸機噴丸去除材料上的氧化層，這樣有劃傷一眼就看到，可立刻進行修磨，也避免了過酸現象。需要注意的是，坯材在機內擺放不能過度緊密，否則有的地方會去除不盡;凹槽要向下，便于噴丸粒子下落，不會堆積，噴丸粒子不能過大或過小，小了噴不清，大了會在材料上留下過深凹坑，拉拔時不能撫平，影響外觀，甚至造成廢品。

磷化液采用溫度50 ℃～60 ℃、總酸度40～60“點”，游離酸7～10“點”。需勤檢測及時添加磷化液。磷化膜要均勻地涂在鋼材的表面上，過磷時拉拔會有哨叫聲、抖動、材料表面會出現竹節印，易引起模具的破碎，成品尺寸、直度不穩定;欠磷拉拔時，表面潤滑層不夠，拉拔力增大，材料表面起絲、起毛，極易引起碎模。

皂化液采用溫度60 ℃、濃度8%～10%液體。材料放入5～6 min 均勻涂滿，吹干后拉拔。

只要按照上述要求及要點，結合自已企業的實際情況，就能順利生產出直線滾動功能部件導軌滑座。

6 結語

綜上所述，筆者公司生產的滾動功能部件導軌滑座與老的生產方式相比，提高了生產效率，降低了生產成本;質量可靠，產品外觀好，填補了國內的空白，替代了部分進口產品。目前筆者公司生產的導軌滑座已銷往擔負國家重大專項生產滾動功能部件的生產廠家，如南京工藝裝備制造廠、陜西漢江機床廠、濟寧博特股份有限公司等十幾家公司，涉及到幾十個產品。筆者公司的滾動功能部件導軌滑座生產方式于2013年3月2 日獲國家發明專利(ZL.2011 1 0163178.4);該產品還獲得了江蘇省科學技術廳，高新技術產品認定書(110203G0327N)。