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密齿面铣刀在柴油机箱体类零件加工中的应用-【新闻】当阳

发布时间:2021-04-20 12:27:41 阅读: 来源:石膏线模具厂家

密齿面铣刀在柴油机箱体类零件加工中的应用

核心提示:为提高柴油机气缸体、气缸盖、离合器壳等箱体类零件的铣削效率,对柴油机生产线的所有粗铣、半精铣工序的机床、刀具进行改造,采用了先进的硬质合金可转位密齿面铣刀,普遍提高了加工线铣削效率30%以上,确保了生产线产量的不断提升,满足了市场对生产能力不断提升的需求,产生了显著的经济效益,为此,对密齿面铣刀在柴油机箱体类零件加工中应用作具体的研究和论述。

关键词:柴油机生产线;气缸体零件;铣削加工

由于市场需求的不断提升,柴油机生产线能力不断在进行填平补齐,由年产2.4万台,增至3.1万台,再到7万台,期间虽然进行了大规模的技术改造,但新增设备大多数是钻镗类组合机床,由于生产线场地与空间所限,生产线的铣削设备无法新增,铣削设备的效率与能力已远远满足不了市场需求,成为关键瓶颈工序,因此,对现有铣削设备进行改造,应用新工艺、新技术,提高生产线的铣削效率已刻不容缓。

2、密齿面铣刀应用的提出

对铣削工序的工艺系统进行具体的分析发现,制约铣削效率提高的主要原因是:硬质合金刀片强度、耐磨性不足,只能采用较低的切削进给速度。为此,在现有设备基础条件下,提高铣削效率的途径可能有:

(2)采用高强度、耐磨刀片

采用立方氮化硼等高强度、耐磨性好的刀片材质,可显著提高工件的铣削进给速度,但在同等刀片数量下,必须要求强大的切削功率以及机床强度,必要时还需要大流量冷却系统支持,在现状国产通用铣削设备不动基础上,设备功率与强度都不足,新增大流量冷却系统也困难,且国内诸如立方氮化硼等高强度、耐磨性好的刀片材质开发仍未成熟,国外刀具运行成本太高,因此,针对现状条件,采用高强度耐磨刀片仍没有现实基础。

(2)减少每齿进给量,提高进给速度

在铣削过程中,每片刀片所受的切削力与每齿进给量成正比关系,减少每齿进给量,可减少每齿所受的切削力,在刀片同等强度下,可提高工件铣削的进给速度,从而提高铣削效率,因此,减少每齿进给量是提高铣削效率的途径之一。而要减少每齿进给量有二种方法:提高主轴转速、增加参加切削的刀齿数。

2)提高主轴转速,减少每齿进给量。虽然提高主轴转速,可减少每齿进给量,从而可相应提高工件的进给速度,达到提高铣削效率的目的,但主轴转速提高,切削的线速度也提高,刀片产生的切削热也提高,当切削热超过刀片耐受范围时,刀片就会急剧磨损,在没有有效的刀片冷却条件下,按目前国产刀片材料现实,难于实现。

2)采用密齿刀盘,减少每齿进给量。采用密齿刀盘,参加切削的刀齿数增加,则每齿进给量可相应降低,在相同的铣削条件下,可相应提高工件的进给速度,从而达到提高铣削效率的目的,随着刀具结构的不断优化改进,国内硬质合金可转位密齿面铣刀盘已成熟,刀盘成本差别也不大。

综上所述,通过几种方案的评估对比,在生产线设备不作重大变更条件下,采用密齿面铣刀是有效提高铣削效率的最简单、可靠、同比运行成本可接的最佳方案。

2、密齿面铣刀盘在生产线的实际应用

对柴油机生产线上所有铣削灰铸铁HT250的气缸体、气缸盖、离合器的粗、半精工序的盐城红旗单/双面组合铣床的铣刀盘全部更换为密齿面铣刀盘,直径500的铣刀盘,由原来的30片提高为60片;直径400的铣刀盘,由原来的24片提高为45片;直径325的铣刀盘,由原来的21片提高为36片,基本上增加了一倍,单纯从每齿进给量可降低一半来看,进给速度可提高一倍,则效率可提高一倍,但由于铣削过程受到复杂的机床、工装、表面粗糙度要求等诸多因素影响,难以达到全部更换的工序铣削效率都能提高一倍,但从实际应用效果看,最少都能达到提高生产效率30%以上,个别瓶颈工序设备更换为大功率高强刚性的强力铣削机床后,可以达到提高生产效率高于50%的目标。

密齿面铣刀盘在生产线的实际应用采用的铣削参数为:切削厚度2 mm——5 mm,单齿进给量0.05。0.25 mm/每齿,线速度200—225 m/min,必须特别注意:对特定的刀片材质,若线速度超越一个临界值,刀片的耐用度将大幅下降,因此,主轴转速及线速度与生产效率之间必须选好一个平衡点;更换密齿面铣刀盘后,进给速度普遍从260——200 mm/min,提高到250。325 mm/min,铣削效率提高30%以上。

3、密齿面铣刀盘在生产线应用的案例

铣刀盘齿数提升为原齿数的一倍,理论上,铣削效率可提高一倍,但由于受复杂的各种因素的影响,特别是在密齿面铣刀铣削过程中,虽然单齿进给量减少了,但同时参与铣削的刀齿数成倍增加,整个刀盘所受的切削力及切削热都在提高,因此,在实际应用中必须考虑如下问题:

(2)机床本身的电机功率及机床刚强度

由于同时参加铣削的刀齿数增加,切削力也在增加,所要求的机床功率、机床刚强度也要增强,因此,更换密齿面铣刀盘时,必须评估原生产线使用的设备状况,在确定工件进给速度时,必须考虑适当的动载及新刀片磨损后切削力上升等变化因素,否则,机床可能出现由于工件进给速度过高,而致机床工艺系统出现振动、工作台拖动无力、机床让刀、机床故障频繁等不利因素。

案例一:在生产线气缸体粗铣前后端面工序中,铣削厚度为3 mlTI——5 mm,原旧刀盘使用的进给速度为260 mm/min,机床铣削状态良好;更换密齿面铣刀后,先采用250 mm/min的进给速度,铣削效率可提高55%,但试切结果,机床振动严重,铣削效果不佳,后把进给速度降为200 mm/min,铣削效果良好,铣削效率提高30%.为了进一步提高生产效率,后来更换了一台强力铣削机床,机床主轴功率由7.5 kW提高到25 kW,机床的刚强度也加强,但工作台进给功率没262有提高,机床进给速度采用250 mm/min时,机床铣削平顺,铣削良好,生产效率提高55%,再把进给速度提高到325 mm/min时,铣削效率可提高95%,机床主轴铣削良好,但工作台时而出现爬行现象,加工状况不理想,说明机床主轴功率及机床刚强度都足够,但工作台进给功率不足,最后该工序进给速度确定为250 mm/min,生产效率只提高55%.

(2)工件铣削的有效面积

工件铣削面积越大,同时参与铣削的刀片数增大,其切削力也相应增大,对不同的有效铣削面积,必须采用不同的工件进给速度,才能保证高的铣削效率,否则,机床也会出现振动,让刀等影响加工质量的问题。

案例二:气缸体粗铣左右侧面工序与粗铣前后端面工序,铣削宽度一样,但有效的铣削面积不同,左右侧面以塔子凸台等形成间断的铣削面,中间部位有很多面积是不用加工的,而前后端面基本上是实体,属大面积实体铣削,前后端面的有效铣削面积比左右侧面的铣削有效面积大二倍以上;在机床型号、刀盘结构大小、铣削深度都相同条件下,粗铣左右侧面的铣削进给速度可以达到325 mm/min,而粗铣前后端面的进给速度只能达到200 mm/min,因此,有效铣削面影响着铣削参数的选择。

(3)工装夹具的刚性

由于参与铣削的刀齿数多,大量的刀齿频繁地切人切出工件表面,产生很高的振动频率,如果工装夹具刚性不好,工装夹具的固有频率与铣削的振动频率相近,就会产生“共振”现象,因此,在密齿面铣刀盘应用时,必须在工装设计时注意提高工装夹具的整体刚强性。

案例三:在气缸盖粗铣底面工序中,共使用了二台相同的设备,但工装夹具不同,第一台设备的工装底座由四块25 mm厚铸铁用螺栓连接在一体,夹具中空,整个夹具刚性不是很好,在更换使用400 mm密齿面铣刀铣削时,产生非常明显的振动,为了消除振动,先后试进行了顺铣、逆铣、偏心铣、减少铣削厚度等措施,但振动仍不能消除,最后采取在密齿面铣刀上隔齿去掉一个刀片的方法,才消除了振动,但新更换的密齿面铣刀对提高生产效率没产生效果;而在第二台设备上,使用的工装夹具是整体浇注的铸铁底座,新更换使用了400 mm密齿面铣刀,进给速度并提高30%情况下,铣削平顺良好,生产效率能提高30%;因此,在采用密齿面铣刀时,必须评估考虑工装夹具的刚性等状况。

(4)被加工产品的结构特性

柴油机气缸体、气缸盖结构非常复杂,产品的整体刚强性也显著影响铣削的效果,必须评估产品结构特点,选择不同的铣削刀盘与铣削参数。案例四:在气缸体精铣底面工序中,曾换用带修光刀的密齿面铣刀盘进行铣削,即使在相同铣削进给速度下,新刀盘铣削后的表面粗糙度比旧刀盘差,不能稳定达标产品图纸要求,主要原因有二:一是,气缸体底面二边是龙门结构,有200 mm长度的悬空,被铣削部位刚性较差,当更密集的刀齿参加切削后,产生更大的振动频率,遇上刚性较差的被切削部位时,产生严重的振动,致加工后表面粗糙度下降。

二是,密齿面铣刀盘压紧可转位刀片采用的是簧拉紧结构,此结构适于布置更密集的刀片,且更刀片更容易,但该结构致使可转位刀片为正2度前角,正前角铣削的切削力更大,对刚性差的工件而言,更容易引起振动,从而影响加工后的表面粗糙度。而旧刀盘采用的是楔块螺钉压紧结构,致刀齿布得较疏,且更换可转位刀片也不方便,但该结构能使

刀片形成负3度前角,铣削更锋利,因此铣削力更低,铣削的振动低,铣削平顺。因此,密齿面铣刀盘在些特定条件下并不适用。

4、结束语

随着刀具材料与刀具结构的不断发展,在生产线空间与设备限制条件下,可应用更先进的铣削刀,能有效提升其生产效率,本文所述的柴油机气缸、气缸盖、离合器壳生产线的所有粗、半精铣刀盘换为密齿面铣刀盘后,生产效率普遍可提高30%以上。更先进的刀具的应用,可能需要更高设备功率或刚强度,或大流量冷却等技术的支持,需要做好评估,才能有效发挥新技术新工艺的效能。

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