密齒面銑刀在柴油機(jī)箱體類零件加工中的應(yīng)用
2017-11-20 來源： 玉柴機(jī)器股份有限公司制造技術(shù)部 作者：林叢立
摘要：為提高柴油機(jī)氣缸體、氣缸蓋、離合器殼等箱體類零件的銑削效率，對(duì)柴油機(jī)生產(chǎn)線的所有粗銑、半精銑工序的機(jī)床、刀具進(jìn)行改造，采用了先進(jìn)的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位密齒面銑刀，普遍提高了加工線銑削效率30％以上，確保了生產(chǎn)線產(chǎn)量的不斷提升，滿足了市場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)能力不斷提升的需求，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，為此，對(duì)密齒面銑刀在柴油機(jī)箱體類零件加工中應(yīng)用作具體的研究和論述。
關(guān)鍵詞：柴油機(jī)生產(chǎn)線；氣缸體零件；銑削加工
由于市場(chǎng)需求的不斷提升，柴油機(jī)生產(chǎn)線能力不斷在進(jìn)行填平補(bǔ)齊，由年產(chǎn)2．4萬臺(tái)，增至3．8萬臺(tái)，再到7萬臺(tái)，期間雖然進(jìn)行了大規(guī)模的技術(shù)改造，但新增設(shè)備大多數(shù)是鉆鏜類組合機(jī)床，由于生產(chǎn)線場(chǎng)地與空間所限，生產(chǎn)線的銑削設(shè)備無法新增，銑削設(shè)備的效率與能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)需求，成為關(guān)鍵瓶頸工序，因此，對(duì)現(xiàn)有銑削設(shè)備進(jìn)行改造，應(yīng)用新工藝、新技術(shù)，提高生產(chǎn)線的銑削效率已刻不容緩。
1、密齒面銑刀應(yīng)用的提出
對(duì)銑削工序的工藝系統(tǒng)進(jìn)行具體的分析發(fā)現(xiàn)，制約銑削效率提高的主要原因是：硬質(zhì)合金刀片強(qiáng)度、耐磨性不足，只能采用較低的切削進(jìn)給速度。為此，在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)條件下，提高銑削效率的途徑可能有：
(1)采用高強(qiáng)度、耐磨刀片
采用立方氮化硼等高強(qiáng)度、耐磨性好的刀片材質(zhì)，可顯著提高工件的銑削進(jìn)給速度，但在同等刀片數(shù)量下，必須要求強(qiáng)大的切削功率以及機(jī)床強(qiáng)度，必要時(shí)還需要大流量冷卻系統(tǒng)支持，在現(xiàn)狀國(guó)產(chǎn)通用銑削設(shè)備不動(dòng)基礎(chǔ)上，設(shè)備功率與強(qiáng)度都不足，新增大流量冷卻系統(tǒng)也困難，且國(guó)內(nèi)諸如立方氮化硼等高強(qiáng)度、耐磨性好的刀片材質(zhì)開發(fā)仍未成熟，國(guó)外刀具運(yùn)行成本太高，因此，針對(duì)現(xiàn)狀條件，采用高強(qiáng)度耐磨刀片仍沒有現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。
(2)減少每齒進(jìn)給量，提高進(jìn)給速度
在銑削過程中，每片刀片所受的切削力與每齒進(jìn)給量成正比關(guān)系，減少每齒進(jìn)給量，可減少每齒所受的切削力，在刀片同等強(qiáng)度下，可提高工件銑削的進(jìn)給速度，從而提高銑削效率，因此，減少每齒進(jìn)給量是提高銑削效率的途徑之一。而要減少每齒進(jìn)給量有二種方法：提高主軸轉(zhuǎn)速、增加參加切削的刀齒數(shù)。
1)提高主軸轉(zhuǎn)速，減少每齒進(jìn)給量。雖然提高主軸轉(zhuǎn)速，可減少每齒進(jìn)給量，從而可相應(yīng)提高工件的進(jìn)給速度，達(dá)到提高銑削效率的目的，但主軸轉(zhuǎn)速提高，切削的線速度也提高，刀片產(chǎn)生的切削熱也提高，當(dāng)切削熱超過刀片耐受范圍時(shí)，刀片就會(huì)急劇磨損，在沒有有效的刀片冷卻條件下，按目前國(guó)產(chǎn)刀片材料現(xiàn)實(shí)，難于實(shí)現(xiàn)。
2)采用密齒刀盤，減少每齒進(jìn)給量。采用密齒刀盤，參加切削的刀齒數(shù)增加，則每齒進(jìn)給量可相應(yīng)降低，在相同的銑削條件下，可相應(yīng)提高工件的進(jìn)給速度，從而達(dá)到提高銑削效率的目的，隨著刀具結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化改進(jìn)，國(guó)內(nèi)硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位密齒面銑刀盤已成熟，刀盤成本差別也不大。
綜上所述，通過幾種方案的評(píng)估對(duì)比，在生產(chǎn)線設(shè)備不作重大變更條件下，采用密齒面銑刀是有效提高銑削效率的最簡(jiǎn)單、可靠、同比運(yùn)行成本可接的最佳方案。
2、密齒面銑刀盤在生產(chǎn)線的實(shí)際應(yīng)用
對(duì)柴油機(jī)生產(chǎn)線上所有銑削灰鑄鐵HT250的氣缸體、氣缸蓋、離合器的粗、半精工序的鹽城紅旗單／雙面組合銑床的銑刀盤全部更換為密齒面銑刀盤，直徑500的銑刀盤，由原來的30片提高為60片；直徑400的銑刀盤，由原來的24片提高為45片；直徑315的銑刀盤，由原來的18片提高為36片，基本上增加了一倍，單純從每齒進(jìn)給量可降低一半來看，進(jìn)給速度可提高一倍，則效率可提高一倍，但由于銑削過程受到復(fù)雜的機(jī)床、工裝、表面粗糙度要求等諸多因素影響，難以達(dá)到全部更換的工序銑削效率都能提高一倍，但從實(shí)際應(yīng)用效果看，最少都能達(dá)到提高生產(chǎn)效率30％以上，個(gè)別瓶頸工序設(shè)備更換為大功率高強(qiáng)剛性的強(qiáng)力銑削機(jī)床后，可以達(dá)到提高生產(chǎn)效率高于50％的目標(biāo)。
密齒面銑刀盤在生產(chǎn)線的實(shí)際應(yīng)用采用的銑削參數(shù)為：切削厚度2 mm～5 mm，單齒進(jìn)給量0．05。0．15 mm／每齒，線速度100—125 m／min，必須特別注意：對(duì)特定的刀片材質(zhì)，若線速度超越一個(gè)臨界值，刀片的耐用度將大幅下降，因此，主軸轉(zhuǎn)速及線速度與生產(chǎn)效率之間必須選好一個(gè)平衡點(diǎn)；更換密齒面銑刀盤后，進(jìn)給速度普遍從160～200 mm／min，提高到250。315 mm／min，銑削效率提高30％以上。
3、密齒面銑刀盤在生產(chǎn)線應(yīng)用的案例
銑刀盤齒數(shù)提升為原齒數(shù)的一倍，理論上，銑削效率可提高一倍，但由于受復(fù)雜的各種因素的影響，特別是在密齒面銑刀銑削過程中，雖然單齒進(jìn)給量減少了，但同時(shí)參與銑削的刀齒數(shù)成倍增加，整個(gè)刀盤所受的切削力及切削熱都在提高，因此，在實(shí)際應(yīng)用中必須考慮如下問題：
(1)機(jī)床本身的電機(jī)功率及機(jī)床剛強(qiáng)度
由于同時(shí)參加銑削的刀齒數(shù)增加，切削力也在增加，所要求的機(jī)床功率、機(jī)床剛強(qiáng)度也要增強(qiáng)，因此，更換密齒面銑刀盤時(shí)，必須評(píng)估原生產(chǎn)線使用的設(shè)備狀況，在確定工件進(jìn)給速度時(shí)，必須考慮適當(dāng)?shù)膭?dòng)載及新刀片磨損后切削力上升等變化因素，否則，機(jī)床可能出現(xiàn)由于工件進(jìn)給速度過高，而致機(jī)床工藝系統(tǒng)出現(xiàn)振動(dòng)、工作臺(tái)拖動(dòng)無力、機(jī)床讓刀、機(jī)床故障頻繁等不利因素。
案例一：在生產(chǎn)線氣缸體粗銑前后端面工序中，銑削厚度為3 mlTI～5 mm，原舊刀盤使用的進(jìn)給速度為160 mm／min，機(jī)床銑削狀態(tài)良好；更換密齒面銑刀后，先采用250 mm／min的進(jìn)給速度，銑削效率可提高55％，但試切結(jié)果，機(jī)床振動(dòng)嚴(yán)重，銑削效果不佳，后把進(jìn)給速度降為200 mm／min，銑削效果良好，銑削效率提高30％．為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，后來更換了一臺(tái)強(qiáng)力銑削機(jī)床，機(jī)床主軸功率由7．5 kW提高到15 kW，機(jī)床的剛強(qiáng)度也加強(qiáng)，但工作臺(tái)進(jìn)給功率沒162有提高，機(jī)床進(jìn)給速度采用250 mm／min時(shí)，機(jī)床銑削平順，銑削良好，生產(chǎn)效率提高55％，再把進(jìn)給速度提高到315 mm／min時(shí)，銑削效率可提高95％，機(jī)床主軸銑削良好，但工作臺(tái)時(shí)而出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，加工狀況不理想，說明機(jī)床主軸功率及機(jī)床剛強(qiáng)度都足夠，但工作臺(tái)進(jìn)給功率不足，最后該工序進(jìn)給速度確定為250 mm／min，生產(chǎn)效率只提高55％．
(2)工件銑削的有效面積
工件銑削面積越大，同時(shí)參與銑削的刀片數(shù)增大，其切削力也相應(yīng)增大，對(duì)不同的有效銑削面積，必須采用不同的工件進(jìn)給速度，才能保證高的銑削效率，否則，機(jī)床也會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)，讓刀等影響加工質(zhì)量的問題。
案例二：氣缸體粗銑左右側(cè)面工序與粗銑前后端面工序，銑削寬度一樣，但有效的銑削面積不同，左右側(cè)面以塔子凸臺(tái)等形成間斷的銑削面，中間部位有很多面積是不用加工的，而前后端面基本上是實(shí)體，屬大面積實(shí)體銑削，前后端面的有效銑削面積比左右側(cè)面的銑削有效面積大二倍以上；在機(jī)床型號(hào)、刀盤結(jié)構(gòu)大小、銑削深度都相同條件下，粗銑左右側(cè)面的銑削進(jìn)給速度可以達(dá)到315 mm／min，而粗銑前后端面的進(jìn)給速度只能達(dá)到200 mm／min，因此，有效銑削面影響著銑削參數(shù)的選擇。
(3)工裝夾具的剛性
由于參與銑削的刀齒數(shù)多，大量的刀齒頻繁地切人切出工件表面，產(chǎn)生很高的振動(dòng)頻率，如果工裝夾具剛性不好，工裝夾具的固有頻率與銑削的振動(dòng)頻率相近，就會(huì)產(chǎn)生“共振”現(xiàn)象，因此，在密齒面銑刀盤應(yīng)用時(shí)，必須在工裝設(shè)計(jì)時(shí)注意提高工裝夾具的整體剛強(qiáng)性。
案例三：在氣缸蓋粗銑底面工序中，共使用了二臺(tái)相同的設(shè)備，但工裝夾具不同，第一臺(tái)設(shè)備的工裝底座由四塊25 mm厚鑄鐵用螺栓連接在一體，夾具中空，整個(gè)夾具剛性不是很好，在更換使用400 mm密齒面銑刀銑削時(shí)，產(chǎn)生非常明顯的振動(dòng)，為了消除振動(dòng)，先后試進(jìn)行了順銑、逆銑、偏心銑、減少銑削厚度等措施，但振動(dòng)仍不能消除，最后采取在密齒面銑刀上隔齒去掉一個(gè)刀片的方法，才消除了振動(dòng)，但新更換的密齒面銑刀對(duì)提高生產(chǎn)效率沒產(chǎn)生效果；而在第二臺(tái)設(shè)備上，使用的工裝夾具是整體澆注的鑄鐵底座，新更換使用了400 mm密齒面銑刀，進(jìn)給速度并提高30％情況下，銑削平順良好，生產(chǎn)效率能提高30％；因此，在采用密齒面銑刀時(shí)，必須評(píng)估考慮工裝夾具的剛性等狀況。
(4)被加工產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性
柴油機(jī)氣缸體、氣缸蓋結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，產(chǎn)品的整體剛強(qiáng)性也顯著影響銑削的效果，必須評(píng)估產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇不同的銑削刀盤與銑削參數(shù)。案例四：在氣缸體精銑底面工序中，曾換用帶修光刀的密齒面銑刀盤進(jìn)行銑削，即使在相同銑削進(jìn)給速度下，新刀盤銑削后的表面粗糙度比舊刀盤差，不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)產(chǎn)品圖紙要求，主要原因有二：一是，氣缸體底面二邊是龍門結(jié)構(gòu)，有100 mm長(zhǎng)度的懸空，被銑削部位剛性較差，當(dāng)更密集的刀齒參加切削后，產(chǎn)生更大的振動(dòng)頻率，遇上剛性較差的被切削部位時(shí)，產(chǎn)生嚴(yán)重的振動(dòng)，致加工后表面粗糙度下降。
二是，密齒面銑刀盤壓緊可轉(zhuǎn)位刀片采用的是簧拉緊結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)適于布置更密集的刀片，且更刀片更容易，但該結(jié)構(gòu)致使可轉(zhuǎn)位刀片為正2度前角，正前角銑削的切削力更大，對(duì)剛性差的工件而言，更容易引起振動(dòng)，從而影響加工后的表面粗糙度。而舊刀盤采用的是楔塊螺釘壓緊結(jié)構(gòu)，致刀齒布得較疏，且更換可轉(zhuǎn)位刀片也不方便，但該結(jié)構(gòu)能使
刀片形成負(fù)3度前角，銑削更鋒利，因此銑削力更低，銑削的振動(dòng)低，銑削平順。因此，密齒面銑刀盤在些特定條件下并不適用。
4、結(jié)束語(yǔ)
隨著刀具材料與刀具結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，在生產(chǎn)線空間與設(shè)備限制條件下，可應(yīng)用更先進(jìn)的銑削刀，能有效提升其生產(chǎn)效率，本文所述的柴油機(jī)氣缸、氣缸蓋、離合器殼生產(chǎn)線的所有粗、半精銑刀盤換為密齒面銑刀盤后，生產(chǎn)效率普遍可提高30％以上。更先進(jìn)的刀具的應(yīng)用，可能需要更高設(shè)備功率或剛強(qiáng)度，或大流量冷卻等技術(shù)的支持，需要做好評(píng)估，才能有效發(fā)揮新技術(shù)新工藝的效能。
投稿箱：
如果您有機(jī)床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進(jìn)行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機(jī)床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進(jìn)行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關(guān)信息
業(yè)界視點(diǎn)
| 更多
行業(yè)數(shù)據(jù)
| 更多
- 2025年6月 新能源汽車銷量情況
- 2025年6月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 軸承出口情況
- 2025年6月 分地區(qū)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 新能源汽車銷量情況
- 2025年5月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 軸承出口情況
- 2025年5月 分地區(qū)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年4月 新能源汽車銷量情況
博文選萃
| 更多
- 機(jī)械加工過程圖示
- 判斷一臺(tái)加工中心精度的幾種辦法
- 中走絲線切割機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)
- 國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床何去何從？
- 中國(guó)的技術(shù)工人都去哪里了？
- 機(jī)械老板做了十多年，為何還是小作坊？
- 機(jī)械行業(yè)最新自殺性營(yíng)銷，害人害己！不倒閉才
- 制造業(yè)大逃亡
- 智能時(shí)代，少談點(diǎn)智造，多談點(diǎn)制造
- 現(xiàn)實(shí)面前，國(guó)人沉默。制造業(yè)的騰飛，要從機(jī)床
- 一文搞懂?dāng)?shù)控車床加工刀具補(bǔ)償功能
- 車床鉆孔攻螺紋加工方法及工裝設(shè)計(jì)
- 傳統(tǒng)鉆削與螺旋銑孔加工工藝的區(qū)別