包钢机械设备制造有限公司内蒙古包头014000
摘要：热轧花纹板的无限冷硬铸铁轧辊，是典型的难加工材料，表面密布扁豆型型腔。本文介绍了采用硬质合金成型铣刀进行切削加工包钢（集团）薄板厂F1-F7轧机中的扁豆型花纹轧辊的机加工工艺攻关过程。
关键词：无限冷硬铸铁；扁豆型花纹轧辊；豆型；成型刀
1.概述
1.1引言
扁豆型花纹轧辊是包钢（集团）薄板厂F1-F7轧机的的重要组成部件，它的制作精度直接影响花纹钢板的表面质量以及使用寿命，通过对包钢（集团）薄板厂扁豆型花纹轧辊制作难点进行分析、论证，为机制公司占领和巩固包钢内部市场并开拓外部市场奠定了坚实的基础。机制公司首次制作扁豆型花纹轧辊的成功，提升了机制公司制作高精度、高难度、高硬度产品的生产能力，扩大了公司的经营范围，促进公司长久的立足包钢内部市场，同时也为今后机制公司开发新产品，开拓新市场奠定了基础。
1.2技术要求以及相关参数
轧辊材质：无限冷硬铸铁
肖氏硬度：75-82HSC
轧辊辊身直径：600mm
辊身长度：1950mm
重量：6.5T
技术条件：
（1）孔型边缘及棱角处整齐，不允许有毛刺、裂纹等缺陷。
（2）孔型距辊身边部距离50mm。
（3）加工过程中部允许改变原辊的金相组织。
（4）加工孔型规格：长30.5±0.5mm，宽6.5.±0.5mm，深度3.1±0.1mm，间距l3=41.5±0.5mm。
（5）螺旋角：β=45度
铣削参数计算
（1）需要加工的轧辊直径为Φ600mm，辊面长度l1=1950m，滚面花纹加工长度L2=1900
（2）轧辊圆周方向分布的总槽数
n=n1×2
因n1=3.14d/l3=3.14×600/41.5=45.39（个）≈45（个）
实际豆间距L4=3.14d/n1=3.14×600/45=41.8mm，实际豆间距L4在理论豆间距公差范围l3=41.5±0.5mm，满足原设计要求。
则n=n1×2=45×2=90（个）
（3）圆周方向正向45度两组槽到轧辊中心的夹角θ：θ=360/45=8度
正向45度槽和反向45度槽到轧辊中心的夹角为4度。
1.3制作难点
花纹轧辊材质为无限冷硬铸铁，表层硬度高达75-82HSC，在加工时，由于冷硬铸铁硬度高，刀具单位切削力明显增大，且辊身表层脆性大，塑形低，加工时刀具与切屑接触长度小，而加工过程属于断续切削，刀具容易出现崩刃或局部碎裂的情况。
辊身上要求加工出4140个扁豆型型腔，数量较大，在加工过程中刀具升温特别高，从而加剧刀具的磨损，要求刀具有较高的寿命。但刀具的直径受加工尺寸的限制，不允许超过φ80mm，否则将影响辊身扁豆型型腔的尺寸公差。这就要求在不增加刀具直径的前提下采用增加刀具刚度的措施。
辊身上的扁豆型型腔成45度螺旋形分布，纵横交错，每个扁豆型型腔要求长度和宽度在0.5mm公差之内，扁豆型腔的间距距必须在0.5mm公差之内，深度在0.1mm公差之内。这就要求在加工工艺过程中辊身圆周方向实现自动分度功能。刀具与辊身轴线角度必须成正45度和负45度角，即刀具与辊身轴线间的角度可调。在加工过程中实现自动定位以保证各扁豆型腔的间距在公差范围之内，并提高生产效率。
2．制作过程和工艺控制
2.1
5×30米数控龙门镗铣床
由于轧辊外形尺寸大，重量较重，要求加工设备具有自动分度功能、自动定位功能、刀具与轧辊轴线角度可调功能，普通的车床和镗床无法实现该功能，所以选用落地镗铣床。我单位5×30米数控镗铣床可以实现自动定位功能，且在定过过程中机床的全闭环功能能保证各扁豆型型腔的间距在公差范围之内。在5×30米数控镗铣床上加装万能铣头，通过旋转万能铣头的方式可以实现刀具与辊身轴线角度的任意调节。由于受到辊身直径大的影响，在万能铣头上设计加长刀杆以保证在加工过程中万能铣头不与轧辊辊身发生干涉。自动分度方面，由于我厂5×30米数控镗铣床无法实现辊身圆周方向的自动分度功能，采用在床身平台上加装数控万能分度头的方式以实现自动分度功能。考虑到轧辊辊身较重的情况，在辊身的两侧下方放置托辊，一方面可以保证轧辊的回转精度另一方面可以保护数控万能分度头。
2.2刀具的选择
由于受到扁豆型花纹轧辊的型腔尺寸限制，在刀具选择上必须采用成型铣刀。成型铣刀通常以铲齿结构较多，刃口锋利，有利于切削，两直线一圆弧刃在制造成本和制作难度相对较低。
采用键传动，以加大安装孔径，减少键槽对刀杆的削弱，保证刀杆有足够的刚度。
两直线一圆弧切削刃的外形尺寸设计如上图所示，该设计与
扁豆型花纹轧辊的豆型型腔保持一致。
对于两直线一圆弧切削刃，不能像车刀那样自由选择刃倾角、主偏角等各项几何参数，实际上可以控制的是顶刃前角和顶刃后角，该角度采用刀具厂家推荐值，顶刃前角-4°，顶刃后角8°，刀尖圆弧半径0.5mm，如图四所示。刀具材质选用YG10。
为减少由于刀具的磨损造成加工后的花纹轧辊豆型型腔尺寸超差，铣刀从开始的6刃增加到12刃，并在加工时随时调整刀具的切削深度。
系统由于刚性不足导致的刀具震颤、打刀、崩刃等情况。
3.使用情况
机制公司制作的扁豆型花纹轧辊已交付包钢（集团）薄板厂使用，经检查扁豆型花纹轧辊豆型型腔达到了图纸的技术要求，并在薄板厂的使用过程未出现任何问题，且所生产的花纹钢板100%合格，使用情况良好。
4.经济效益
机制公司到现与包钢薄板厂共签订扁豆型花纹轧辊11件，新体系签订花纹轧辊5件，正陆续交货，每件产值2.5万元，制作成本刀具费用400*4=1600元/根，人工费用1400元/根，能源消耗费用308元/根，单件利润2.17万元，产值40万元，总利润34.72万元，利润高达到86.8%。为机制公司完成年产值以及年利润做出了突出的贡献。
5.结论
机制公司利用现有的设备，根据扁豆型花纹钢板的技术要求，进行了完整的加工工艺设计、计算，产品满足用户技术要求。该项目填补了包钢集团备品、备件的制作空白，对包钢集团备品、备件的采购实现了实时性，不仅质量得到了全面控制，同时采购工期得到了保障，而且降低了采购运输成本。
该项目提升了机制公司制作高精度、高难度、高硬度产品的生产能力，扩大了公司的经营范围，促进公司长久的立足包钢内部市场，同时也为今后机制公司开发新产品，开拓新市场奠定了基础。