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带有空间斜面的不锈钢方管加工方法研究分析

来源:至德钢业 日期:2020-02-09 22:38:22 人气:470

 目前,我们自主设计研发的新堆型压力容器中主要部件材料均为不锈钢材质。所以,安装调节压力容器用的方管矩形管的材质也改成了不锈钢材质。同时,为了能够满足压力容器安装时的形位公差要求,水平垫板被设计成带有空间斜面的不锈钢方管。这就让本来就属于典型难加工类零件的方管在制造过程中的质量更加难以保证。本文以不锈钢方管为例,对带有空间斜面的不锈钢薄板加工方法进行研究分析。


一、加工难点分析


  1. 由于垫板厚度比较薄,刚性较差,在不锈钢方管加工过程中受切削残余应力、切削热、夹紧力及吊装运输等因素的影响,方管极易产生局部或整体塑性变形。


  2. 不锈钢方管加工时切削性能不好,其本身材质发软,切削时容易粘刀;待切削热使工件温度变高时,加工表面发生硬化,增加了切削抗力,容易产生加工缺陷;


  3. 由于带有空间斜面,所以增加了工件的装夹难度,找正难度及防变形难度,普通加工用的装夹方式不易满足角度要求。


二、加工方法研究


  不锈钢方管加工主要采用刨削和磨削的方式来进行成型,所以在水平垫板的制造加工中也是同时采用了上述方法,下面将具体进行介绍。


1.刨削加工方法研究。


a. 刨削加工是使用刨刀对不锈钢方管作水平相对与直线往复运动的切削加工方法,其包括牛头刨床、龙门刨床和插床等。刨削的主运动是变速往复直线运动,换向时需要克服较大惯性力,限制了切削速度,并且在回程时不参与切削,属于断续加工,加工效率不高。


b. 装夹方式的选择, 不锈钢方管在装夹时会产生夹紧力,夹紧力产生在工件与夹具的接触区域上,理想的夹具不应该产生任何的变形。为了减小夹紧变形的影响,在装夹时应适当增加辅助支撑和辅助加紧点;合理的分散着力点和增加压紧接触面积;选择适当的加紧点,尽可能使夹紧点和支撑点对应,使夹紧力作用在支撑上。在加工水平垫板的实际加工中,我们采用了增加辅助夹紧点的方式,减小了夹紧力对工件变形的影响。


c. 刀具的选择:刨刀的好坏直接影响这方管的精度、表面粗糙度及生产效率。刨刀的结构与车刀类似,由于刨削为断续切削,受到冲击载荷作用,在切削面积相同的情况下,刨刀刀杆截面尺寸较车刀大1.25-1.5倍。生产中刨刀常做成弯头状,以避免因切削力使刀杆变形,刀尖啃入工件中。在水平垫板的刨削中,粗刨时应选用负刃倾角、45°或75°主偏角的平面高速钢刨刀;在精刨时选用正刃倾角、不带主偏角的硬质合金平面精刨刀。


d. 加工步骤的选择:在刨削薄壁不锈钢方管时一般分为两个阶段即:粗刨和精刨。在水平垫板加工中又把粗刨分成两步:破皮阶段和去除余量阶段。破皮阶段为加工去除水平垫板两端原始轧制表面,使垫板两端面均露出金属光泽并保留工件最大实体;在破皮后,应该对工件进行时效处理(可采用自然时效、振动时效或热处理等方法进行消除应力);时效后,进入去除余量阶段,该阶段主要是采用对称加工方法,分多次装夹将工件两端面余量均匀去除至精刨尺寸;精刨前再一次进行时效处理;精刨阶段采用直线宽刃精刨,并浇冷却液减小工件由热应力引起的塑性变形。


2.  磨削加工法研究 


  a. 磨削加工是指用磨料及磨具切除工件上多余材料的加工方法见图,其类型包括:内、外圆磨削、平面磨削、无心磨削等。磨削的过程中切屑的形成大致分成三个阶段:滑擦阶段、刻划阶段及切削阶段。这三种阶段是连续存在的,但也有主次之分。粗磨时要求效率高,已切削为主;精磨或超精磨要求较高表面粗糙度,则以摩擦为主。每个磨粒的切削过程非常短,由于磨粒是用负前角对金属进行挤压,而砂轮的线速度很高,磨削时切屑和工件表面都产生很大的塑性变形。水平垫板的加工选用了平面磨削方式。

b. 装夹方式的选择,磨削中好的装夹方式是减小薄壁板弹性及塑性变形的重要手段。目前,平面磨削机床在加工产品时均采用电磁吸盘形式。但是,由于不锈钢方管的材质为奥氏体不锈钢,电磁吸盘无法进行装夹固定。所以,在加工水平垫板时设计了专用工装辅具进行装夹。该专用辅具不仅具有装夹固定作用,同时还具备水平垫板角度的调节作用。


c. 磨料及磨具的选择,根据磨具的形状和使用方法将磨具分为砂轮、油石、砂瓦、磨头、砂布(纸)及研磨膏6大类磨具标志的顺序是:磨料、粒度、硬度、结合剂、形状、尺寸。在磨制不锈钢材质时,砂轮一般选用单晶刚玉材质,其特性是浅黄色或白色,硬度比白刚玉高,磨削韧性大。


d.切削参数的选择:在平面磨削用量的选择中主要有三大方面:砂轮的圆周速度:砂轮的圆周速度对磨削效率和表面粗糙度有很大的影响。为了减小磨削热、放置平面磨削时砂轮因受力大面碎裂,所以砂轮的圆周速度不宜过高。在水平垫板的加工中,粗磨时16-18m/s;精磨时20-22m/s。工作台纵向进给:纵向进给速度快,磨削表面粗糙度值大,生产效率高,反之亦然。在水平垫板的加工中,粗磨时8m/min;精磨时5m/min。砂轮的垂直进给:砂轮的垂直进给量时根据横向进给量的大小确定的。横向进给量大时垂直进给量应小些,以免影响砂轮与机床的寿命和工件的精度。在水平垫板的加工中,粗磨时垂直进给0.15-0.2mm;精磨时垂直进给0.02-0.03mm。


e. 磨削液的选择:磨削过程中,需要全程浇注磨削液。其主要作用是带走磨削热,获得稳定的工件尺寸精度;将切屑和脱落的磨料冲洗掉,以免把工件划伤;减少磨粒与不锈钢方管表面间的摩擦,改善工件表面粗糙度和提高砂轮耐用度。在水平垫板的加工中选用的是乳化液,并且在磨削过程中将乳化液流量调至最大,以减少工件热变形。


通过以上内容的介绍,主要分析了带有空间斜面的不锈钢方管加工方法的特点及加攻难点。同时,具体描述了采用的加工方法及原理,也提出了保证保证产品质量的一些建议措施。该项方案在实际生产加工中已得到验证及应用,可做为读者一个可选的工艺方案。


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