高硬度合金钢瓦楞辊风吸槽的先进加工方法

陈军胜

肇庆市特种设备检验所，广东肇庆 526060

高硬度合金钢瓦楞辊风吸槽的先进加工方法

陈军胜

肇庆市特种设备检验所，广东肇庆 526060

本文主要介绍了一种加工纸板生产线的核心零件——瓦楞辊半月形风吸槽的独创先进的方法。该方法主要是采用了改装机床成为一种专用加工机床。改装的方法比较简单且成本投入较低，经济效益良好。通过这种改进的加工方法能解决加工高强度材料过程中刀具快速磨损和工件震动的问题，同时也能保证加工零件及其部位的尺寸和形状位置精度等，该项技术属于同行业中一种较为新颖和先进的加工技术值得予以推广和借鉴。

瓦楞辊；高硬度；半月形风吸槽；专用机床；切削加工

0 引言

瓦楞辊是瓦楞纸板生产线心脏机器——瓦楞机的心脏零件，其关键和重要性不言而喻。瓦楞辊的制造精度与使用寿命等指标会直接影响到使用厂家的生产效益和生产成本，换言之，一个制造精良的瓦楞辊零件将会直接给使用用户带来经济效益。因此，瓦楞辊的设计与制造工艺一直是国内外生产厂家孜孜不倦追求改进和提高的重要课题。

笔者多年来一直从事瓦楞纸板生产线的研发与制造。瓦楞纸板生产线由多台单机组成，其中的瓦楞机是一个核心。瓦楞机的作用是将成卷的原纸经过瓦楞辊的加温加热和碾压加工成波浪形（瓦楞形状），从而为后续工序最终加工成瓦楞纸板作基础。用于碾压原纸成型的瓦楞辊就成为了瓦楞机的核心零件。由于瓦楞辊在碾压原纸过程中要采用外部风吸装置来吸牢原纸，所以，在设计上就要求在瓦楞辊的外圆表面加工出若干条用以吸风的半月形风槽。本文所述的带有半月形风吸槽的瓦楞辊应用于内抽式单面瓦楞机（目前较为主流的机型）。该风吸槽均匀地分布在瓦楞辊体的外表面，其长度、宽度和深度均相等，风吸槽的形状要求宽度很窄但深度较深，因而在加工上是一个难点。

1 机床改装设计

瓦楞辊通常采用48CrMo合金钢为母材（热处理后硬度很高），辊身幅宽可达2.5m，辊的直径最大为430mm。由于瓦楞辊的材料特性很硬，在其外表面加工的风吸槽形状独特、分布密集等原因，采用普通的机床是无法实现风吸槽的加工要求，国内也未有厂家制造这种专用设备，因此只能通过自行设计改装现有机床来实现。现将改装设计的思路阐述如下：

1）选用CW6180普通车床实行改装。该型号机床的加工范围和刚性精度等均可满足常用规格瓦楞辊的加工要求。

2）为了操作方便，改造后的机床中部将不设中心架作辅助支承。同时为了解决加工中零件的震动问题，改造后在尾座顶针套筒外圆上紧固一个套筒和焊接一个卡盘法兰，法兰上安装一个φ325mm的三爪卡盘用以夹紧零件轴头，这样可有效提高加工的稳定性。

3）机床主轴的三爪卡盘的法兰改造成带有分度功能。风吸槽的径向分度与分度法兰的分度孔相一致。加工时通过对三爪卡盘的控制来带动辊身转动，从而实现风吸槽径向分度的定位。

4）拆除车床溜板箱上原有刀架和小拖板，在原拖板位置安装变速箱和旋转电机等机械装置。加工吸风槽用的铣刀由变速箱带动，在加工时通过选择合理的变速箱齿轮传动比就可获得理想的切削速度，切削深度则通过中拖板的进给来实现。

5）冷却系统可采用原车床自带的系统。改造后加长了冷却液的管道，使喷枪能对准铣刀喷射冷却液即可。

2 要保证半月形风吸槽的加工精度，除了对车床的必要改装，还需注意以下几点：

1） 机械加工的难度较大

瓦楞辊的材质因其使用特性，要求有很高的内部强度和表面硬度。这种特性对于机械加工而言是一种难度，瓦楞辊切削条件的恶劣性有两个方面：其一是材料强度大。瓦楞辊选用的48CrMo合金钢材质，经过调质热处理后的硬度为34HRC，其σb达1 220N/mm2。其硬度是常用材质45＃钢的2.03倍，其σs值为45＃钢的3.09倍。其二是加工的吸风槽要求深而窄。该风吸槽宽度为2.5mm，深度为25mm，深宽比达到了10，机械加工的难度明显加大。

2） 选择合适的刀具

对切削材料进行分析，如只考虑其切削性能的话，选用YG类硬质合金刀片的锯片铣刀在使用寿命上有优势，但这种刀具的订购和自制都较困难。经对比试验后最终选用了W18Cr4V高速钢标准铣刀（可以返磨）作为切削刀具。而刀具后制造厂家时则选择了哈尔滨工量具厂和成都工量具厂。

3）铣刀主后角α的确定

标准的高速钢锯片铣刀的后角一般为20°，较适宜于加工45＃钢等一般钢材。在加工48CrMo钢等高硬度材料时易崩刃和产生较大的震动。根据被加工材料塑性变形小、刀具后角磨损小的特点，我们修改其后角为15°，这样改动后可减少刀具的震动和增加其耐用度。

4）切削速度的选择

在加工时如果切削速度过大（转速大于120r/min时），极易造成刀具的崩刃和磨损，另外转速太小又会降低加工的生产效率。经过反复的对比试验，最后确定锯片铣刀转速为80r/min，这样的转速既能保证加工质量又能兼顾生产效率。

5）冷却液的选择

冷却液的作用：一是冷却刀具和工件，二是减轻刀具与工件摩擦。由于锯片铣刀的切削方式为间断式切削，应重点考虑减轻刀具与工件摩擦的作用，因而选择柴油代替常规的乳化油作为铣槽的冷却液是较为合适的，在实际应用中也得到了验证。

3 改装后机床的实际工作和操作过程及其注意事项

3.1 定位和装夹方法

首先，要用车床床头箱顶针和尾座顶针分别顶住瓦楞辊两端轴头的中心孔，以同轴线定位圆柱销对正辊筒端面其中一个Φ22真空腔定位。最后分别用主轴和尾座的三爪卡盘紧固瓦楞辊的两端轴头。

3.2 机械加工过程

瓦楞辊辊筒经过上工序精车外圆后会加工出一些环形刻线，这些环形刻线是风吸槽的轴向定位线。在加工前铣刀应首先对准该刻线，然后启动装在车床溜板箱上的电机，通过变速箱来带动铣刀旋转切削零件。在加工过程中要持续用冷却液喷枪对准切削区喷射冷却液，保证刀具和零件的降温和润滑的要求。通过中拖板的进给，用变速箱末端定位圆柱销来控制风吸槽的切削深度。当需要在另一角度加工风吸槽时，先松开尾座的卡盘，之后通过旋转车床床头箱的三爪卡盘（其联接法兰带分度机构）来带动辊身转动，在到达确定的角度后再以定位圆柱销固定分度孔，最后夹紧尾座卡盘就可以继续切削加工了。重复以上步骤最后可完成瓦楞辊上所有风吸槽的加工。

3.3 加工中需要注意的地方

加工吸风槽的工序是安排在对辊体整体进行调质热处理之后的，在加工完吸风槽后还要进行的瓦楞辊的整体高频淬火热处理。为了避免在高频处理时出现风吸槽槽边位置应力集中出现裂纹的缺陷，在制造工艺上就要求加工风槽的过程中须要确保风槽位置的温升不能太高，否则会造成风槽边区域硬度不如其他区域的系统缺陷（这种缺陷就是我们常说的“风吸槽边软带”现象），这点在加工吸风槽的过程中应予以高度重视和严格执行。

经过一段时间的实践操作，事实证明了这种用改装车床来铣削加工半月形风吸槽的方法是可靠实用的，同时也能较好地保证瓦楞辊风吸槽的加工精度，作为一种新创先进的加工方法值得在同行业中予以推广和借鉴采用。

[1] 孟少农主编.机械加工工艺手册.机械工业出版社，1995.

[2] 成大先主编.机械设计手册.化学工业出版社，1993.

[3] 余能真主编.车工.中国劳动出版社，2001.

[4] 林约利，程芝苏编.简明金属热处理工手册.上海科学技术出版社，2003.

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1674-6708（2010）18-0015-002