密齒面銑刀在柴油機(jī)箱體類零件加工中的應(yīng)用

　　核心提示：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(wàn)臺(tái)，增至3.8萬(wàn)臺(tái)，再到7萬(wàn)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(wú)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(kāi)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(méi)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(guò)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(guò)刀片耐受范圍時(shí)，刀片就會(huì)急劇磨損，在沒(méi)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(pán)，減少每齒進(jìn)給量。采用密齒刀盤(pán)，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(pán)已成熟，刀盤(pán)成本差別也不大。

　　綜上所述，通過(guò)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(pán)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(pán)全部更換為密齒面銑刀盤(pán)，直徑500的銑刀盤(pán)，由原來(lái)的30片提高為60片;直徑400的銑刀盤(pán)，由原來(lái)的24片提高為45片;直徑315的銑刀盤(pán)，由原來(lái)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(lái)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(guò)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(pán)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(pán)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(pán)在生產(chǎn)線應(yīng)用的案例

　　銑刀盤(pán)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(guò)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(pán)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(wèn)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(pán)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(guò)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(wú)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(pán)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(lái)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(méi)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(shuō)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(wèn)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(pán)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(pán)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(méi)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(pán)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(pán)進(jìn)行銑削，即使在相同銑削進(jìn)給速度下，新刀盤(pán)銑削后的表面粗糙度比舊刀盤(pán)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(mén)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(pán)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(pán)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(pán)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(pán)換為密齒面銑刀盤(pán)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。