橡膠軋輥深孔加工工藝研究

■中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司 ■張貴敏 孫熙釗 劉振立 何彥杰 馬曉龍

■軋輥復合材料國家重點實驗室 （河北邢臺 054025）

1. 橡膠軋輥結構及加工難點分析

橡膠軋輥是橡塑機械行業的重要部件。隨著行業的發展，橡膠軋輥采用周邊冷卻水孔的設計，包括直孔、斜孔和交叉孔等，最大長徑比達71，屬于深孔加工。深孔加工是一種難度較大的加工技術，加工時存在深孔鉆刀具細長、剛性差，冷卻困難和切屑不易排出等問題，不能直接觀察刀具切削情況。

橡膠軋輥在工作時對輥面的溫度均勻性有一定要求，為使溫差盡量減少，軋輥的設計結構采用沿圓周均布的直孔和斜孔，工作時通入介質對輥面實現冷卻或加熱。這種結構的橡膠軋輥目前已成為冷鑄輥筒結構改進的方向。橡膠軋輥結構的改進無疑給加工制造帶來了困難，因為這些小孔的位置正處于接近白口層的麻口部分，材料較硬且不均勻，孔徑小又貫通輥面全長，如圖1、圖2所示。

2. 深孔加工的特點

深孔加工屬于機械加工的范疇，分析深孔加工的特點，才能更好地選擇不同的加工方法。與普通孔加工相比，深孔加工的特點及難點主要表現在：

1）鉆孔時不能直接觀察刀具的切削狀況，工作過程中只能憑借聽聲音、看切屑和摸振動感等現象來判斷切削過程是否正常。

2）孔的長徑比大，鉆桿細而長，剛性低、易振動，鉆孔易走偏，因此，支撐及導向十分重要。

3）切削熱不易散出，工作條件惡劣，必須采用有效的冷卻方式。

圖1 橡膠軋輥整體

圖2 輥身端面視圖

4）深孔鉆桿受孔徑的限制，直徑小、長度大，造成剛性差、強度低，切削時易產生振動、波紋和錐度，從而影響深孔的直線度和表面粗糙度。

5）刀具散熱條件差，切削溫度升高使刀具壽命降低。

3. 深孔結構分析

橡膠軋輥為高鎳鉻軋輥，成品質量為6 568kg。這種鉆孔式橡膠軋輥是在輥身工作表面下方沿軸向開設若干小直徑圓孔道，同時再加工斜向孔道使圓孔中心空腔相通。軋輥兩端面的孔眼用密封蓋板擋住以形成循環通路，一般斷面由3～5個鉆孔組成一個循環孔組合。文中所述軋輥中心位置有φ90～φ150mm的階梯中心通孔，輥身有24個φ 30mm、長度為2 130mm的直孔，孔徑小又貫通輥面全長。輥身兩端各分布8個φ25mm斜孔，角度跟中心軸線成35°，斜孔跟中心通孔相連，兩個φ 30mm直孔之間分布φ25mm交叉小斜孔。

根據橡膠軋輥的結構，來分析深孔加工的工藝流程。因為深孔鉆削是一道比較費工且又容易產生意外（如斷鉆頭或孔偏斜）的工序，因此在軋輥的全部加工過程中，必須考慮工藝經濟合理。主要加工工序安排為：粗車各部留余量→精車各部留磨量，各部臺階和端面槽加工完成→車端面和止口→鉆中心通孔→鉆深孔及斜孔→鉆端面絲孔及攻螺紋→ 裝配附件→試水壓→磨工作面及軸頸。

4. 鉆孔時軋輥的定位

橡膠軋輥深孔加工對于我公司來說尚屬首次，深孔結構比較復雜，沒有專門的機床，須依靠現有設備，對深孔結構軋輥的安裝和找正需要采取一定的措施。

軋輥的定位安裝，由于加熱冷卻孔是在輥筒工作面的同心圓上分布的，所以以軋輥的輥身做定位基準面較為適宜。軋輥放在兩個托輪上，未壓緊時，可在托輪上回轉，當確定鉆孔位置對準鉆頭后可用壓板壓緊，為了防止工件在鉆孔時產生軸向移動，在軋輥端面需放置一個定位塊。軋輥的水平位置定位是依靠鉆桿軸線找正，工件與托輥一起移動，直至工件軸線與鉆桿軸線相互平行。軋輥的前后高度位置定位是依靠工作臺面找正，使用劃針盤前后探測軋輥高度，利用托輪可調整輥筒軸線達到與工作臺平行。另外，不同規格的輥筒，其與鉆桿的相互位置也不相同，在找正上述平行位置的同時, 還應使鉆桿軸線處于輥筒孔的分布圓周上。

5. 輥身直孔深孔加工

輥身沿圓周分布2 4 個φ30mm、長度為2 130mm的直孔，孔徑小又貫通輥面全長，長徑比達到71，經過分析，工件的直孔采用槍鉆（見圖3）雙向鉆孔加工，先加工一側孔到一定深度，再調頭加工另一側孔至鉆通。為防止引起應力集中，每孔錯位100mm相通。加工時工件靜止，刀具旋轉并進行軸向進給，每加工完一孔，通過鉆模進行分度，直至24個孔完全加工好。這樣做有以下優點：①雙向鉆孔減小了鉆孔深度，大大減小了鉆孔時常見的引偏程度。②工件體積、質量較大，加工時靜止有利于簡化機床結構，減小機床的體積和質量。槍鉆材質為硬質合金，轉速70～100r/min，進給量0.06～0.1mm/r。

圖3 槍鉆

具體的鉆孔工藝如下：

1）劃線。先劃出十字中線，然后再按15°分孔距保證φ30mm孔距間44.57mm尺寸。

2）使用5m深孔鉆機床。先找出工件下方φ 30mm孔與主軸的中心高，然后用百分表測量輥頸圓度，控制在0.02mm以內，縱向控制在0.02mm/200mm以內。

3）找正確認無誤后，先用長1 000mm的槍鉆鉆至500mm后，再用2 000mm的槍鉆鉆通。

4）轉速控制在70～100r/min，進給量0.06～0.1mm/r（可根據實際情況進行調整）。

5）輥身φ30mm×2 130mm直孔采用雙向調頭鉆孔，每孔錯位碰頭方式聯通（錯位100mm）。

6. 輥身端面φ25mm斜孔的加工

在輥身每一側需加工8個φ 25mm斜孔（35°）、16個φ 25mm斜孔（空間角度70°，兩兩相通），這些兩側的孔系構成橡膠軋輥工作時冷卻系統的通道。

從φ 30mm 軸向通孔端部加工φ25mm 斜孔（包括8 個φ25mm和16個φ25mm孔兩類）是橡膠輥孔系加工中的難點，在準確的位置加工精確角度的斜孔是橡膠軋輥加工質量控制的關鍵。

目前行業內的普遍做法是使用數控鉆床，如德國西馬克（SMS）公司生產的數控深孔鉆床，可實現高精度鉆孔。我公司之前無生產橡膠輥的任何經驗，也無專用設備，目前公司擁有普通搖臂鉆床（見圖4），為最大限度地降低生產成本，利用現有設備實現了橡膠輥斜孔的加工。

圖4 普通搖臂鉆床

支撐橡膠輥的設備為普通V形砧鐵，如圖5所示。

圖5 普通V形砧鐵

加工過程為：輥身軸向的24個φ 30mm的通孔在槍鉆上加工完畢之后，將橡膠輥吊運至搖臂鉆床旁邊的V形砧鐵上水平固定。將φ 25mm麻花鉆頭裝入搖臂鉆床的刀柄內，并調整搖臂鉆的鉆頭位置及角度，在劃線位置處鉆孔。

具體工藝如下：

1）為保證斜孔的角度，將托架擺成35°。

2）將軋輥放在托架上，左側輥身端面與托架端面放穩。

3）按軋輥軸頸端面的中心線吊線，找正垂直，然后將工件壓緊。

4）將工裝固定在φ30mm直孔內，用吊線法找正垂直，固定牢固，不要用力過大。

鉆孔過程中，在將要和直孔打通前的一定距離（如30mm），一定要采用2～3r/min的低轉速，以免損傷鉆頭。斜孔加工如圖6所示。

圖6 斜孔加工

在加工斜孔時制作了導向套（見圖7），在φ 30m m軸向孔孔口內壁處加工與其角度為35°的φ 25mm長斜孔和空間角度為70°、兩兩相通的φ 25mm短斜孔時，由于鉆孔定位面同鉆頭不垂直，用鉆頭直接鉆孔時很難定位，效率極低，且很容易造成鉆桿來回擺動，導致φ 30mm孔口研傷。使用該導向套可精確定位φ 25mm長斜孔、短斜孔鉆孔位置，精確完成φ 25mm斜孔加工，有效避免φ 30mm孔口研傷。在加工φ 30mm軸向通孔孔口處的φ 25mm斜孔時，能防止鉆頭來回擺動，保證φ 25mm斜孔的位置和方向，提高鉆頭定位準確性和速度。

利用該導向套實現了φ30mm軸向通孔內加工φ25mm斜孔時鉆頭的精確定位，順利實現了φ 25mm斜孔的加工，提高了加工效率，同時有效避免了φ 30mm軸向孔孔口被鉆頭研傷。

圖7 導向套

采用這種加工設備和方法，可實現橡膠輥輥身端面處8 個φ 25m m斜孔（35°）、16個φ 25mm斜孔（空間角度70°，兩兩相通）的加工。

7. 水壓測試

經過前期車、磨、鏜和鉆孔工序后，對成品橡膠軋輥（見圖8）進行水壓測試（見圖9）：軋輥水平放置，將密封墊、端蓋擰緊，中心通孔兩端堵頭堵死，在字端端面中心入水，非字端端面出水，先進行排氣，待空氣排出后，進行升壓，壓力升至1.06MPa（見圖10），保壓20min，沒有漏水、滲水和降壓現象。

圖8 成品橡膠軋輥

圖9 水壓測試

圖10 水壓測試表

8. 結語

此種結構的橡膠軋輥深孔加工在我公司尚屬首次，加工難度大，沒有專用機床，通過工藝工裝設計，實現了深孔加工，保證了產品質量，提升了深孔加工能力，擴大了市場。該加工方法實用性強，可供同行參考和推廣使用。