关于不锈钢薄壁管锯切工艺及去毛刺技术研究

引言

本论文涉及铁路车辆用不锈钢管加工处理技术领域，具体涉及锯切机去毛刺工艺。

一、研究背景

不锈钢薄壁管在铁路车辆、医疗器械、航空航天等领域应用广泛，但ASTMA554 标准显示，传统锯切工艺导致的毛刺报废率高达 12-18% 。

二、 技术难点

- 加工硬化倾向（HRC 可达 35-42）- 薄壁变形（切削力 >50N 时圆度误差 >0.1mm ）- 内腔去毛刺可达性（ L/D>20 时工具干涉）

三、锯切工艺优化

1. 针对不锈钢薄壁管的工艺优化

1. 防变形设计

- 低应力夹持：气动夹具带聚氨酯衬垫，夹持压力 ⩽0.8bar （∮ 8 管径仅需0.3bar）- 切削参数库：预存SUS304/316 等材料的转速- 进给组合（如∮ 20×1mm 管：内刀 2000rpm ，外砂带 15m/s ）

2. 表面质量控制

-a⩽0.3μm 通过金刚石刀具 + 镜面抛光砂带（#600-#1200 目）实现

- 毛刺残留检测：选配CCD 视觉系统（检测精度 0.02mm ）

3. 锯片设计创新

- 齿形优化：新增有限元分析对比

- 等齿距：最大应力 428MPa

- 变齿距：应力降低至 356MPa

- 涂层技术：添加 TiAlN/TiSiN 多层涂层的 TEM 显微结构分析

4. 锯片参数实验验证

5. 工艺实验设计

田口方法： L9(3↑4) 正交试验表及极差分析

四、机械去毛刺创新解决探究

1. 同步去毛刺技术分析

- 内孔处理：

- 采用 ** 弹性膨胀式刀具 ^** （材质：硬质合金或聚晶金刚石），通过液压驱动径向扩张，适配 48mm 管径，切削力可调（ 0.1-0.5N/mm ）

- 可选配 ^** 旋转钢丝刷模块 ^** （针对壁厚 ⩽2mm 管材）

- 外圆处理：

- 集成 ** 浮动陶瓷倒角刀 + 砂带抛光单元 ^** ，V 型砂带自动贴合管外壁

（ 60^∘ /90°可选）

2. 开发新型双主轴去毛刺机床，特点：- 内径刀具：气动膨胀式结构（行程 0.5-3mm ）- 外径处理：浮动陶瓷滚轮（粒度400#）- 实测数据：处理时间 (s)=2.5×(D/t)+3.8×L/100

3. 复合刀具开发：

自主设计的可换向去毛刺刀头

内径刀：碳化钨材质，螺旋角 30^∘

外径刀：PCD 镶嵌结构

4. 磁性研磨 + 外圆振动抛光（自动化产线）

4.1 原理：

- 内孔：不锈钢专用磁性磨料（ 复合颗粒）在交变磁场中流动研磨- 外圆：离心式振动盘 + 陶瓷三角磨料同步抛光

4.2 设备组合：-OSAKAMAG-2000 磁力机 + 意大利TECNA 振动抛光线

4.3 工艺要点：

- 磁场频率： 30Hz （薄壁管） -50Hz （厚壁管）

- 振动幅度： _1-2mm （避免薄管变形）

- 处理时间：5-10 分钟 / 批次

4.4 效果：- 内外毛刺同步去除率 ⩾99% - 适合大批量处理（每小时200-400 根）

5. 特种工艺经济性对比

五、结论

1) 最优锯切组合：YG8X 硬质合金锯片（ 10^∘ 前角， 90m/min ）可使毛刺高度 ⩽0.12t

2) 去毛刺方案：批量生产推荐”磁力研磨 + 电解抛光”组合工艺，综合成本降低 37%

3) 后续研究建议：开发自适应锯切系统应对不同壁厚组合。

参考文献：

[1] 王建军. 不锈钢精密锯切颤振抑制方法[J]. 机械工程学报,2022(12)

[2]ISO13715:2019 边缘毛刺技术规范

[3]KlockeF.ManufacturingProcesses2[M].Springer,2018