金鐵輝

(上海重型機床廠有限公司，上海 200245)

1 高強度炮鋼藥室概述

本文論述的高強度炮鋼材料為PCrNi3MoVA，這種材料是在低合金強度鋼和合金結構鋼的基礎上發(fā)展起來的鋼種，該鋼種具有很高的強度、足夠的韌性、較高的調質硬度，能承受很高的應力，并且在切削時具有艮、粘、切削硬化等特點，其力學性能見表1。

表1 炮鋼材料力學性能

藥室孔結構如圖1 所示。

2 基本加工方式及難點分析

藥室孔的加工一般在內膛加工好后進行，先粗鏜藥室再用鉸刀鉸藥室最后進行拋光，這幾道工序里用鉸刀鉸藥室的工作效率太低。這里介紹的是在數(shù)控臥車上用鏜桿精車藥室(如圖2)的方法替代鉸藥室的工藝過程，這樣能大大提高加工效率。

從圖1 中可看出工件總長4000 mm，其中藥室部分長700 mm，藥室孔為連續(xù)3 段內錐孔，各段內錐孔相對于Φ126.92 mm 的內膛的同軸度要求為Φ0.05 mm(最大實體要求)，表面粗糙度要求為0.4 μm，若要達到可以進行拋光工序的要求，精車后粗糙度必須小于1.6 μm。

根據(jù)圖紙和技術要求分析，若要完成該藥室孔須重點解決以下問題:(1)如何滿足藥室孔相對于內膛孔的同軸度要求;(2)如何保證藥室精車后可以滿足拋光工序的粗糙度要求;(3)如何測量各段錐孔是否滿足加工需要。

3 相應的解決措施

3.1 如何滿足藥室孔相對于內膛孔的同軸度要求

在加工該藥室孔時，若用傳統(tǒng)的夾持方式即工件右端夾持卡盤上，靠近左端架在托架上，肯定無法滿足圖紙要求。

要解決該問題必須注意兩點:(1)以內膛孔為基準;(2)托架有高的回轉精度，盡可能使工件回轉精度與托架回轉精度一致。

本文介紹兩種方法解決該問題。

第一種通過內孔定位驅動裝置驅動工件，并用具有高回轉精度的環(huán)形中心架支承工件的方式加工該藥室孔，見圖2 及圖3。

圖2 即為內孔定位驅動裝置，為了保證內孔定位的準確性，圖示A 定位端面和B 定位軸外圓須留余量在機床裝配結束后自車至要求尺寸。工件通過定位孔B 和定位端面A 定位后，再通過帶齒的夾頭夾持工件以驅動工件。

圖3 為工件托架，即環(huán)型中心架，有4 個套筒用于夾持工件，并可以跟著工件一起旋轉。該中心架本身的回轉精度可達0.005 mm。

這種一端通過內孔定位驅動，另一端通過環(huán)型中心架夾持工件，既保證了以內膛孔為基準的要求，又保證了該工件在加工過程中，工件的高回轉精度的要求(工件的回轉精度即為環(huán)型中心架的回轉精度)。

另一種方法是一端通過三爪自定心卡盤夾持外圓，另一端通過環(huán)型中心架夾持工件。這種夾持方式如何保證內膛孔和藥室孔的同軸度?

如圖4，千分表量桿座安裝在防振鏜桿上，千分表量桿為杠桿式，通過千分表顯示。在架環(huán)型中心架的時候，以千分表測量內膛孔擺差保證在孔深700 mm處不大于0.05 mm為要求，調整中心架套筒，調好后，卸下千分表量桿及量桿座，在鏜桿頭部裝上刀具進行先精車端面作為后續(xù)測量基準，然后進行藥室孔車削，這樣就可以保證內膛孔和藥室孔的同軸度要求。

3.2 如何保證藥室精車后可以滿足拋光工序的要求

通過鏜桿精車藥室引起藥室表面粗糙度差的原因主要有以下幾點:(1)鏜桿的剛性差而引起的振刀，使加工表面產生振痕;(2)切削刀具及切削用量選擇不當。

3.2.1 采用防振鏜桿，并改善鏜桿的夾持方式

從圖1 可以看到，藥室孔的深度達到700 mm，也就是說鏜桿的懸伸長L 至少要700 mm。當選用d=Φ100 mm 的鏜桿時，鏜桿的懸伸長L 與直徑d 的比值L/d＞7。若采用一般的鋼制鏜桿，其懸伸與鏜桿直徑的比值L/d≤4，若用這種鏜桿加工懸伸長徑比＞7d 的孔，當?shù)都馇邢鞴ぜr，鏜桿便會出現(xiàn)由切削力引起的彈性變形從而轉變?yōu)檎駝印?/p>

在這里，我們采用了Sandvik 的φ100 mm×1500 mm的硬質合金加強型防振鏜桿，最大切削深度可達1000 mm。這里需要注意的是鏜桿座在設計時，夾持部分的長度須至少滿足圖5 要求，即夾持部分長度＞4d。

3.2.2 選擇合適的鏜桿頭部形式、切削刀片及切削用量

(1)選擇合適的鏜桿頭部

該炮管雖然為通孔工件，但因為工件內孔定位驅動端為車床主軸箱，故可以看成盲孔工件，也就是說切屑只能從藥室孔端排出。從圖6 可以很明顯地看出，圖6b 的鏜桿頭部形式更利于冷卻液將切屑沖出。針對該工件，我們選用了570-3C-100-1500 的鏜桿及570-DTFNR-80-16 的切削頭，其中鏜桿頭部帶有高壓冷卻液沖刷口，用于刀頭切屑的沖刷。

(2)選擇合適的刀片

由于該鋼種具有很高的強度、足夠的韌性、較高的調質硬度，能承受很高的應力，并且在切削時具有艮、粘、切削硬化等特點，這導致在切削過程中比較容易出現(xiàn)斷屑難、刀具易磨損、容易產生積屑瘤等問題，另外我們知道不同的切削刀片產生的切削力不同，而切削力又是引起振動的重要原因。針對這些情況，我們在選擇刀片時主要是按以下幾個方面選擇:①該刀片材料必須具有很高的熱硬度和良好抗塑性變形性，可以適合超高強度鋼的切削。②由于鏜刀桿較長，剛性相對較差，采用90°主偏角的刀具以及選用較小的刀尖圓弧半徑有利于減小徑向切削力，從而有利于減小切削振動。③由于工件材料的特性，應減小刀具前角，這樣可以提高刀具強度，改善刀頭的容熱和散熱條件，減少加工硬化的趨勢，增大切屑的變形，使之易于脆化斷裂。④刀片的刃傾角越小越好，這樣副主偏角很大，副刃口與被加工表面的顫動接觸區(qū)小，顫動很難變成振動，副切屑刃擠削的機會也小。⑤選擇合適的刀片槽形，有利于斷屑。

(3)選擇合適的切削用量

在切削用量選擇時，除應符合機床加工條件外，還應考慮以下幾個方面:①在車削加工時，一般切削速度V=20～60 m/min 時，容易產生自振，高于或低于此范圍則振動減弱。因此，在精密加工時應采用低速或高速切削。如對該炮鋼工件的加工，可以選擇切削速度160 r/min(線速度70 m/min)。②進給量f 增大，自振強度會下降，所以在機床工作條件允許的情況下，盡量加大進給量。③在選擇切削深度時，雖然切削深度越大，工作效率越高。但切削深度越大，越有產生振動的趨勢，同時引起切屑較厚，不利于斷屑和排屑，導致加工表面質量差，以及刀具磨損快等缺陷。在對該炮鋼工件的實際試切削過程中，我們按上述原則用幾種不同的刀片及切削用量進行了試切削，切削試驗情況見表2。

表2 切削試驗結果

3.3 如何測量各段錐孔是否滿足加工需要

在加工錐孔的過程中，如何簡便地去測量加工余量以及各段錐孔的同軸度是否符合要求呢?在這里主要介紹一種使用測量規(guī)的測量手段。

圖1 所示的藥室孔，共有3 段錐孔，我們通過5 個確定位置的測量規(guī)來測量每段的加工余量及保證各段錐孔的同軸度符合圖紙要求，具體測量位置示意圖見圖7。

每個固定位置的測量規(guī)的測量方法見圖8，主要由測量塞規(guī)和套在外面的唯一的標準測量套，其中標準測量套上有刻度線，1 格為1 mm，測量塞規(guī)桿上也有兩條刻度線，表示錐孔的允許尺寸范圍要求，見圖7左邊，即為錐孔允許最大和最小尺寸時測量桿刻度線的位置。

那如何設定測量塞規(guī)桿上的兩條刻度線的寬度呢?我們以第一段和第二段錐孔為例，作簡要介紹。

由圖1，可以知道第一段錐孔的錐度約為1:35.71，也就是說對于該段錐孔，標準測量套上刻度線每格轉化成錐孔直徑方向的尺寸為1/35.71=Φ0.028 mm;第二段錐孔的錐度為1:11.77，也就是說對于該段錐孔，標準測量套上刻度線每格轉化成錐孔直徑方向的尺寸為1/11.77=Φ0.08 mm。又由于圖紙要求各段錐孔同軸度不能超過Φ0.05 mm，故定第一段錐孔的測量塞規(guī)桿上的刻度線寬度為1.5 mm，第二段錐孔的測量塞規(guī)桿上的刻度線寬度為0.5 mm。

由于標準套為唯一，且各段錐孔的測量方法和基準一致，故按此方法能較為簡捷方便地反映出各段錐孔的尺寸及同軸度。

4 結語

在該炮管的首次加工生產中，通過實時跟蹤，表明了以上幾種措施的實施完全滿足了加工要求，表面粗糙度基本在Ra1.0 μm 左右，同軸度要求也能在Φ0.05 μm 以內，此外生產效率還有了明顯的提高。這為其他類似多段深錐孔的加工提供了借鑒。

［1］馮彩霞，張喜群，李娟，等.加工超高強度鋼的深孔鏜削刀具［J］.工具技術，2008，42(1):127-128.

［2］李景偉.加工深孔時刀具振動現(xiàn)象的分析［J］.煤炭技術，2008，27(6):19-21.