小口径不锈钢圆管内壁抛磨机的研制

张宝庆

（长春理工大学机电工程学院，吉林长春 130022）

不锈钢管安全可靠、耐腐蚀、经济适用，其管道的薄壁化以及新型可靠、简单方便的连接方法，使其具有更多其他管材不可替代的优点，工程中的应用越来越多，尤其在化工、制药、食品行业的需求用量是巨大的。

小口径不锈钢圆管内壁粗糙度［1］一般在 Ra1.2 μm左右，在很多行业、尤其在制药行业达不到Ra0.4 μm要求，容易残留污染物，使产品的无菌级别降低，影响销售量和产品价格，必须采用抛光处理。由于市场上没有高效的不锈钢管内孔壁抛磨设备，只能购买加工［2］后的成品或进口不锈钢管，其价格昂贵且供货周期较长，经常影响生产。为解决上述问题，设计一台高效、实用的小口径不锈钢圆管内壁机械抛磨机床，是不锈钢管制造行业的迫切需求。

对于细长不锈钢管内壁抛光问题，一般采用电解抛光、离心抛光和磁力抛光，较常用的是电解抛光方法，因为离心抛光和磁力抛光二者只能实现微量切削，不适合大切削量、大批量的细长不锈钢管的抛光，效率又比较低。

电解抛光前必须进行抛磨，以去除氧化层，同时电解抛光要求被抛磨的管件内壁粗糙度为Ra0.5 μm左右，故在电解抛光前必须进行一次去氧化皮及减小表面粗糙度值的抛磨加工。细长不锈钢管最好采用机械抛磨的加工方法，但由于管子很细、长径比又大，加工不方便，一般的机械抛磨、抛光设备只能加工2 000 mm左右长度、内径为φ13 mm以上的不锈钢管，且表面粗糙度需经多次抛磨才能达到效果，难以加工细小口径的不锈钢管。故我们设计了一台简单、高效、实用的小口径不锈钢圆管内孔壁抛磨机床，它采用调头抛磨加工方式，可加工口径为φ6～24 mm、长度为6 m的不锈钢管，一次抛磨可去除氧化皮，且粗糙度可由原来的Ra1.2 μm左右抛磨至Ra0.5 μm以下，可同时起到磨削与抛光作用，为电解抛光作好准备。

由主轴带动刀杆高速旋转，管件进给，同时加工4根管件，加工效率高。通过调整主轴转速和进给速度，更换抛磨头及砂带的品种，可实现不同切削用量切削使之达到不同表面粗糙度的要求。

1 机床工作原理及实施方式

1．1 机床工作原理

该设备原理类似多头深孔钻床［3］，类别属于组合机床。

工作原理是溜板上的卡盘固定被抛磨的管件，将刀杆伸入钢管孔内，启动刀杆驱动电动机，抛磨头高速旋转，启动溜板向刀杆一侧移动，抛磨头抛磨钢管内表面，同时浮动刀杆中心托架在溜板的带动下随格栅缩放而与不锈钢管协调移动，并均匀分布在管外的刀杆上，当溜板行至刀杆夹头附近止点后，作后退运动，刀杆继续旋转，如此反复，直至符合要求，然后钢管调头固定并抛磨另半段。

1．2 实施方式

参阅图1，具体实施方式是通过框架式机架8的上平面一端安装刀杆驱动电动机11，经变速机构驱动主轴，主轴头部安装刀杆夹头10，夹头上夹持刀杆9，刀杆前端安装抛磨头;机架上平面两侧的滑道安装框架式溜板3，机架下安装溜板驱动电动机4及传动机构2，在溜板上与刀杆抛磨头同轴线固定待抛不锈钢管卡盘1，卡盘上固定待抛磨不锈钢管;钢管通过与溜板联接的格栅5一起协调移动并与刀杆精准导向对中;格栅上安装的浮动刀杆中心托架6对细长刀杆起支撑作用，保证刀杆9旋转时不致发生较大的振颤。整个电器控制部分通过控制面板7实现。另外，此机床由4台电动机带动4个抛磨头同时对4根钢管进行抛磨。

2 创新结构设计

此机床的关键部位是抛磨头，磨头是否有效，抛磨切削效果是否良好，是机床成功与否的关键。

针对小口径不锈钢管的特点，一般的磨头不能伸入小口径细长管内，即使能伸入，也不能对管内壁产生磨削力。为此，本台机床设计了一种自涨磨头，其原理是利用磨头在旋转过程中产生增势磨擦力，从而对内孔壁磨削。具体实施方式见图2所示，磨头芯轴1旋转产生原动力矩，经胀套2传递，作用在磨料砂带3上产生涨紧力与摩擦力，完成砂带对内壁的抛磨过程。

3 不锈钢管抛磨前后内壁粗糙度检测对比

经过试验，从抛磨前后的样件中随机选取，经长春理工大学精密检测室作粗糙度检测，检测图片如3所示。从图片中可以看出，未抛磨之前的Ra值为1.26 μm，抛磨后的Ra值为0.46 μm，提高了一倍以上，达到预期效果。

4 结语

该机床（图4）的研制花费了近6个月的时间，在安装、调试完成后，将多种规格样件作抛磨处理，粗糙度均达到Ra0.5 μm以上，且性能稳定，随即投入生产。实践验证，生产效率高、抛磨质量好，解决了小口径细长不锈钢管内壁抛磨问题，很好地解决了电解抛光前的表面处理难题。

该机床设计新颖，功能齐全、性能先进，自动化程度高，结构简单，且投资小，属于相关行业顶级开发项目，达到了安全，环保、洁净等通用技术条件，经过适当地包装，可以成为现代化的半自动设备，推向市场，在不锈钢管生产企业，或者洁净不锈钢管应用企业，产生巨大效益。

［1］何永利，段虹，王仲民．铝合金高速切削表面粗糙度的实验研究［J］．机械设计与制造，2006（1）:117－118．

［2］蔡锋，桂永孚．不锈钢管材抛磨新工艺［J］．焊管，1997，20（4）:43 －51．

［3］李祥贵．双面钻床进给量的变更方法［J］．设备与维修，2009（14）:61－62．