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密齿面铣刀在柴油机箱体类零件加工中的应用

来源:采集侠  发表时间:2018-02-23 08:52  点击次数:


  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3.8万台,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。

  1、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:

  (1)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。

  1)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315的铣刀盘,由原来的18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。0.15 mm/每齿,线速度100—125 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160——200 mm/min,提高到250。315 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:

  (1)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160 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15 kW,机床的刚强度也加强,但工作台进给功率没162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315 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315 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

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