不锈钢匀胶辊加工经验分享

郭辰翔 杜国华

目前，随着市场上涂布和复合设备档次的不断提高，不锈钢匀胶辊的传统加工方法已无法满足设备的生产需求，以往我公司使用45号钢作为不锈钢匀胶辊的加工原料，45号钢必须经过镀铬之后才能使用，然而镀铬后45号钢的缺陷便被放大，加工零件的表面会出现许多针孔，再加上生产中长期受油墨及无机物的浸蚀，不锈钢匀胶辊表面就会变得锈迹斑斑，无法均匀涂胶，对产品的外观会造成严重影响。因此，合理选材、正确设计工艺参数和加工方式，是保证不锈钢匀胶辊使用质量的重要前提。

合理选材

为满足匀胶辊的使用要求，笔者先后分析了多种型号不锈钢材料的耐腐蚀性能和机械加工性能，最终将目标瞄准了304不锈钢材料和316L不锈钢材料。下面，笔者将对这两种不锈钢材料进行综合分析，以最终确定不锈钢匀胶辊的选材。

1.耐腐蚀性能

通过查看304不锈钢材料和316L不锈钢材料的化学成分，笔者了解到二者最主要的区别是后者含有钼元素。众所周知，在不锈钢材料中加入钼元素能显著提高不锈钢材料的热强度和蠕变强度，从而进一步提升抗点蚀及晶间腐蚀的能力。

此外，考虑到304不锈钢材料和316L不锈钢材料对氯离子都比较敏感，由于前者的抗氧化性能低于后者，因此在氯离子含量较高的环境下大多采用316L不锈钢材料。而不锈钢匀胶辊主要应用于氯离子含量较高的生产现场（胶黏剂、油墨等物质中均含有氯离子）。可见，使用316L不锈钢材料能使匀胶辊拥有较高的耐腐蚀性能。

2.机械性能

通过对304不锈钢材料和316L不锈钢材料的力学性能进行测试，前者的强度要高于后者，而从机械加工性能上来看，二者的切削加工性能相差不大，但相比之下，316L不锈钢材料的切削加工性能更强。

3.固溶处理结果分析

固溶处理是使碳化物充分溶解并在常温状态下保留在奥氏体中，从而获取单相奥氏体组织，使材料具备更高的耐腐蚀性能和机械加工性能。固溶处理的加热温度较高，一般在1080～1200℃之间，根据材料中含碳量的高低作适当调整。

3 0 4不锈钢材料固溶处理后的金相组织为奥氏体型。在1100℃高温下固溶处理后，其抗拉强度σb≥530MPa，条件屈服强度σ0.2≥215MPa，断裂伸长率δ5≥35%，硬度≤230HV 。

316L不锈钢材料经高温固溶处理后具有良好的蠕变强度、冷变形和焊接性能，其抗拉强度σb≥550MPa，条件屈服强度σ0.2≥235MPa，断裂伸长率δ5≥35%，硬度≤240HV 。

由此可见，360L不锈钢材料具有更佳的机械加工性能，因此我们结合用户的使用条件，最终选用其作为不锈钢匀胶辊的加工原料。

合理选择切削刀具和参数

不锈钢材料具有韧性大、热强度高、导热系数低、切削时塑性变形大、切削热多、散热困难等特点，极易造成切削刀具刀尖处切削温度高、切屑粘在刀刃口产生积瘤等问题，这不仅会加剧刀具的磨损，还会影响加工零件表面的粗糙度。不锈钢匀胶辊属于典型的轴类零件，与其他零件相比，要求更高的加工精度和工艺条件。因此，合理选择切削刀具和参数，对提高不锈钢匀胶辊加工质量至关重要。

1.切削刀具的选用

（1）材料的选用

根据不锈钢材料的切削特点，刀具材料应具备足够的强度、韧性、硬度和耐磨性，且应与不锈钢材料的黏附性小。

常用的刀具材料有硬质合金和高速钢两种。使用高速钢刀具切削不锈钢材料时，切削速度不能过高。由于高速钢的硬度和耐磨性均低于硬质合金，因此切削结构较为简单的工件时，应选用强度高、导热性好的硬质合金。常用的硬质合金材料有：钨钴类（YG3、YG6、YG8、YG3X、YG6X），钨类、钴类、钛类（YT30、YT15、YT14、YT5），通用类（YW1、YW2）。

YG类硬质合金的韧性和导热性较好，不易与切屑黏结，由其制成的刀具适用于不锈钢的粗加工；YW类硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性、抗氧化性以及韧性都较好，由其制成的刀具多用于不锈钢的精加工；YT类硬质合金中的钛元素与不锈钢中的钛元素会产生亲合作用，切削过程中易使硬质合金中的钛元素流失，加剧刀具的磨损。

通过与刀具专家进行认真沟通，同时结合我公司不锈钢材料的特性，笔者认为选用YG类硬质合金的刀具较为适宜。

（2）刀具几何参数的确定

刀具切削部位的几何角度对于不锈钢材料切削加工的生产效率、刀具耐用度、零件被加工表面质量、切削力以及加工硬化等都会产生很大影响，选择合适的刀具几何参数是保证加工质量、加工效率，降低加工成本的基本要求。

刀具前角的大小决定刀刃的锋利与强度，增大前角可以减小切削变形，从而减小切削力和切削功率，降低切削温度，提高刀具的耐用度。但过多增大前角会使楔角减小，降低刀刃强度，容易造成崩刃，使刀具耐用度下降。因此，在不降低刀具强度的条件下，适当加大前角即可，一般刀具前角为12°～20°。

合理设置刀具后角的大小可以减小后刀面与切削表面的摩擦。由于不锈钢材料的弹性和塑性均大于普通碳素钢材料，切削不锈钢材料时，刀具后角要比切削普通碳钢材料时稍大一些。如果后角过大，楔角会减小，散热条件会恶化，刀具刃口容易变钝，从而增大切削力和切削温度，进而加剧刀具磨损，直接影响刀具的耐用度；如果后角过小，切断表面与后角的接触面积会增大，摩擦产生的高温区会集中于后角，使得刀具磨损加剧，同时还会增大加工零件的表面粗糙度。可以说，后角过大或过小都易使刀具磨损加剧，影响其使用寿命。经过生产实践，笔者推荐刀具后角应为6°～10°。

2.切削参数的确定

当切削深度和进给量不变时，减小切削主偏角可使散热条件得到改善，并减缓刀具的损坏程度，使刀具切入、切出更加平稳。切削主偏角的具体减少量还应根据车床、零件、刀具系统的刚性和切削用量来确定。但切削主偏角减小，刀具的径向力增大，切削时容易发生震动，影响切削精度。因此，切削主偏角一般为45°～90°。

刃倾角可控制切屑流向，当刃倾角为负值时，刀尖强度较高，耐冲击性能较强，可避免刀尖发生崩裂，且可使刀具切入、切出更加平稳，切屑流向加工表面；当刃倾角为正值时，刀尖强度较低，刀具首先接触加工工件，极易发生损坏，切屑流向待加工表面。但在对工件精加工时，刃倾角要取正值，一般为0°～20°，这样切屑便不会划伤已加工表面。

确定刀具的切削角度之后，再选定合理的切削用量。在确定切削用量时应考虑以下因素：所选用的不锈钢材料及各类毛坯材料的硬度等；刀具材料、焊接质量要求和车刀的刃磨条件；加工零件的直径、加工余量和车床精度等。

值得注意的是，为了防止积瘤和鳞刺的产生，在采用硬质合金刀具进行加工时，切削用量应比切削一般碳素钢类工件稍低些，切削速度不宜过高（一般为50～80m/min）；切削深度不宜过小，为避免切削刀具的刀刃和刀尖划过加工零件的硬化层，切削深度应为0.4～4.0mm；进给量的大小会对断屑和排屑造成一定影响，过大或过小都易拉伤、擦伤加工零件表面，因此进给量一般为0.1～0.5mm/r。

加工工艺

图1为我公司不锈钢匀胶辊的加工示意图，为达到设计要求，除了对加工刀具及工艺参数有较高要求之外，对加工工艺的要求同样重要。

首先，将不锈钢材料放在1100℃高温下进行固溶处理，保证不锈钢材料的机械加工性能和强度。对固溶处理之后的不锈钢材料进行校直，保证加工零件的径向跳动误差小于±0.15mm，之后再进行粗加工，同时保证加工零件的表面粗糙度在Ra1.6左右，磨床留量为0.30mm。加工其他尺寸要求时，如果对轴头有公差要求，应留出0.15mm的磨量。

其次，对加工零件进行表面磨削时，应保证加工零件的跳动误差控制在±0.05mm内。使用粗砂轮进项加工，去掉多余的加工量，留量在0.10mm之内，使用再修砂轮进行精磨，每次的进给量为0.01mm，保证零件的同轴度误差在±0.02mm以内，同时保证加工零件的表面粗糙度为Ra0.6左右，留量在0.03mm时，检验加工零件以保证其除了辊身之外的尺寸在公差范围内。

此后，先用3000粒度的砂带进行粗研磨，保证粗研磨之后加工零件的表面粗糙度在Ra0.2左右，同时调整研磨的气动压力和进给速度，避免加工零件发生变形；检查加工零件的尺寸，再使用4000或6000粒度的砂带进行精研磨，为避免零件变形，针对其不同部位应使用不同的气动压力。精研磨保证加工零件的表面粗糙度在0.1mm以内，跳动误差小于±0.02mm，同轴度误差在±0.02mm之内。

不锈钢材料的加工难度在于加工过程中变形较大、易形成加工积瘤、低热传导性、刀具易磨损、零件的同轴度难以保证等，为此应根据材料的特性，结合设计要求，合理设置加工参数，以保证零件的加工质量。