1、无磁钢转轴加工问题分析及解决措施 【摘 要】无磁材料因其导磁率低、机械强度高等优点被应用到永磁电机上，但其硬度高、韧性大等机械特性给切削加工带来了一系列困难。本文针对一种无磁钢材料转轴，在试制过程中暴露出来的尺寸超差、刀具磨损过快和钻孔钻不动等问题进行了探讨分析，并在刀具、切削参数以及设备等方面进行了验证，最终问题得以解决。 【关键词】无磁钢；转轴；加工；刀具参数 1 引言 无磁钢属于一种低碳高铬锰合金钢，机械强度高，并且具有优异的耐腐蚀和耐磨性。更重要的是，无磁钢磁导率低，在磁场中的涡流损耗小，因此极其适用于永磁电机，但同时也给机械加工带来了一系列的困难。我公司某型号永磁电机转轴选用无磁锻造
2、圆钢，其主要特征见图1。 图1 无磁钢转轴结构简图 2 试制工艺流程 鉴于该转轴具有典型结构特征，同时参考已成熟应用的高速动车组牵引电机35CrMoA材质转轴的工艺流程，试制流程初步设定为：精车外圆（卧式车削中心）粗磨外圆（普通外圆磨床）铣键槽（立式加工中心）钻油孔（卧式镗床）精磨外圆（数控外圆磨床）攻丝精整（手工）。 3 异常问题及分析 3.1 外圆车削时尺寸超差且刀具磨损快 车削工步为：毛坯轴外圆及端面单边余量均为2mm，粗车后留单边1mm，再一次精车将端面以及过渡圆弧精车到位，外圆留单边0.35mm磨削余量。外圆车削后，钻传动端端面M20中心孔和3M8的底孔。 相比35CrMoA材料，车
3、削外圆时切削噪音更大，声音低沉。程序运行结束后自检发现，过渡圆弧R4实测值R2.6，R2.5实测值R1.7，而R1.6实测值只有刀尖圆弧大小R1.2，同时表面粗糙度很差。同时，刀尖部分磨损严重，颜色发黑。另外，端面M8和M20的底孔钻孔困难，孔内的粗糙度不符合要求。转轴加工面有被铁屑割伤的情况。在攻丝过程中，出现断丝锥的现象。 原因分析：由于转轴硬度太高且韧性大，超高应力接触下的快速车削产生沉闷的噪音，同时刀杆和转轴均发生弹性变形，而精车时刀尖始终被排挤在材料实体外侧，导致圆弧实际值小于程序设定值。在硬度太高的同时，无磁钢优异的耐磨性使得刀尖局部温度过高而发黑，刀片的刚性以及耐磨性变差，从而磨
4、损严重。由于高速钢钻头红硬性差，不耐磨，导致加工时钻头磨损严重，且孔内粗糙度较差。由于材料韧性好，导致铁屑成团缠绕在刀具上，造成转轴已加工面被铁屑割伤。由于机用丝锥在攻丝过程中不能及时将铁屑排出来，造成断丝锥现象。 3.2 铣键槽时键槽尺寸超差 铣削加工工步为：普通立铣刀粗铣：键槽两侧各留精铣余量0.5mm。合金立铣刀精铣：两次走刀铣削到位。自检键槽尺寸。在刀具寿命的后期，通过调整刀具补偿参数，最多精铣三次即可加工到位。 但在无磁钢转轴的铣削过程中，普通立铣刀切入材料十分困难，刀具刃口崩裂，键槽圆弧处让刀情况明显。 分析认为，高速钢立铣刀有硬度较低，红硬性和耐磨性较差等缺点，在强行铣削时被崩断
5、，且易出现让刀情况。 3.3 钻4油孔时钻头漂移 钻油孔工序安排在卧式镗床加工，试制过程中出现钻头频断现象，加工时钻头在转轴表面左右漂移，钻削速度缓慢，且位置度不能保证。 分析认为，转轴的硬度高和无磁钢的耐磨性导致钻头钻削不畅，钻削余量仍过大，难以一次加工到位。另外，卧式镗床需手工操作，钻孔位置以及参数不能可靠保证。 4 解决措施 4.1 精车外圆工序 （1）刀具 刀片：P类硬质合金涂层刀片的耐磨性和抗粘附性好，红硬性好，故选择刀尖圆弧半径为R0.8mm的DNMG-150608-DM牌号精车刀片。 钻头：改用硬质合金钻头来加工M8、M20的螺纹底孔。 程序：在精车数控程序中加入G04指令用以解
6、决不断屑问题。 丝锥：将机用丝锥更换为磨制螺旋槽丝锥。 另外，核对刀杆的安装悬臂长度，确认将弹性变形降到最低限度。 （2）参数 1）背吃刀量：增加半精加工工步，背吃刀量选择0.2mm，最终精加工选择0.05mm。 2）切削速度：综合考虑工件材料、刀具材料与加工性质等因素，粗加工选择80m/min，半精加工选择100m/min，精加工选择120m/min。 3）主轴转速：根据切削速度的计算公式V= 得出：粗加工转速约为260r/min，半精加工约为350r/min， 精加工约为420r/min 。 4）进给速度：适当加大粗加工的走刀量，取0.3mm/r，半精加工取0.2mm/r，精加工取0.1
7、mm/r 。 5）钻孔参数：鉴于钻头材料的变化，结合数控车削中心动力头的功率，最终将钻孔的切削参数调整为：6.7的转速800r/min、进给量50mm/min，17.5的转速800r/min、进给量80mm/min。 （3）增大冷却液流量 （4）毛坯加工余量 将毛坯转轴的单边余量减小到1.5mm。 4.2 铣键槽工序 （1）刀具 粗铣键槽时选用合金铣刀。 （2）参数 粗铣参数修改为：转速1500r/min、进给量50mm/min。 精铣参数修改为：转速2000r/min、进给量120mm/min。 通过小量多次铣削，多次测量，验证刀具变形和加工尺寸变化的对应关系，选取效率和质量相对平衡的参数配
8、置。 （3）增大冷却液流量 4.3 钻4油孔工序 （1）设备 由卧式镗床加工改为立式加工中心。 （2）参数 为防止钻孔时钻头飘移，先用3的合金铣刀以螺旋走刀的形式铣沉台引孔至4，深度4mm，再换用4的合金的深孔排屑钻头，钻至设计要求深度。同时，参数修改为转速1500r/min、进给量50mm/min。 （3）程序 为解决加工过程中的排屑问题，在数控加工程序中使用G73深孔加工循环指令，以达到间歇进给的目的，使切屑可以容易从孔中排出。 5 实施效果 经过对以上措施的落实与全程跟踪，无磁钢转轴试制得以完成，在加工效率和质量方面取得了可以接受的效果。后续将持续验证和改善，积累无磁钢加工相关经验，在保证质量的前提下，逐步提高产品加工经济性。 参考文献： 1郑修本.机械制造工艺学M.机械工业出版社，2004. 2谭永刚.陈江进.数控加工工艺M.国防工业出版社，2009.第 6 页 共 6 页
