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瓦爾特應用案例：以銑（xǐ）代磨以銑代（dài）擠中的技術攻關

2016-6-7 來源：瓦（wǎ）爾特（tè）作者：

文/薄維斌中航工業金城南京機電（diàn）液壓工程研究中（zhōng）心工藝工程部

高速加工，尤其對具有大去除量金屬加工特點的航空製造業而言，是實現高效率製造的核心手段。起（qǐ）源於德（dé）國（guó）學者Carl.Salomon博士的（de）假設：“線速度（dù）超過一定值後，隨著（zhe）線速度的增加，切削溫度不升反降（jiàng）。”經過多年的實踐，該假設得到證實。特別是在1992年，德國Darmstadt工業大學的H. Schulz教（jiāo）授（shòu）詳細闡述了高速切削加（jiā）工的概念及其涵蓋的範圍，他認為對於不同的切削對象（xiàng），如下圖所示（shì）的過渡（dù）區即為通常所謂的高（gāo）速切削範圍，那是（shì）當（dāng）時金屬切削工藝技術人員所（suǒ）期待實現的切削（xuē）速度。如今，高速切削作為麵向21世紀的一項高新技術，因其具有高效率、高精度和（hé）高表麵質量（liàng）的基本（běn）特征，越來越（yuè）多的（de）實踐應用證明了其能產生巨大的（de）技（jì）術經濟效益。

圖1. 麵向不同切（qiē）削材料的（de）高速切削加工範圍

針對某型（xíng）號產（chǎn）品，在銑削高（gāo）硬材料和銑削高精度轉子柱塞孔的生產過程（chéng）中，我們通過高（gāo）速銑削（xuē）的方法，應用德國瓦爾（ěr）特的標準與非標刀具，以銑（xǐ）代磨（mó）、以銑代（dài）擠，最終實現了設定的目標，完（wán）成了技術攻關，有效提升了整體製造水平。

在實際加工中，我們主要有兩個應用（yòng）方向：第一，利用高速切削加工超硬材料。傳統及國內同行普遍采用磨削加工，不僅（jǐn）效（xiào）率低、單件工時較高，而（ér）且使用（yòng）磨頭消耗大（dà），刀（dāo）具成本高。盡管近年來隨著CBN、金屬陶瓷、陶瓷等刀具的應用，漸漸開始（shǐ）使用新（xīn）的切削方式加工超硬材料，但是普遍存在切削區域局部溫（wēn）度高（gāo），有（yǒu）精加工麵表層金相組（zǔ）織變（biàn）質的現象。高速（sù）加工會降低切削區域（yù）溫度（dù），引起我們的興趣。第（dì）二，是在加工有色金屬（尤（yóu）其是鋁合金）時的應用，為降低在薄壁、細深腔等對切削力（lì）較為敏感的零件的切（qiē）削變（biàn）形，切削深度要經量選低，但切削深度低，在傳統的機床上，零件的加工（gōng）效率自然降低，高速加工（gōng）轉（zhuǎn）速高、進給快，可以有效彌補（bǔ）切削深度變小的效率損失。

以銑代擠（jǐ）

以生產某柱塞泵產品為例，其中關（guān）鍵配合孔材質為鑄銅、尺寸為φ10，公差（chà）要求為0.005，圓柱度（dù）要求0.003，粗（cū）糙度要求0.2，孔長徑（jìng）比為6。為保（bǎo）證該（gāi）孔的尺寸（cùn）及（jí）技術條件要求，原工藝方法（fǎ）為鏜、擠加工，即先（xiān）鏜加工預留合適的擠光餘量由擠光刀加工。盡管效率較高，但存在最大的問題是：鑄銅材料有缺陷，往往在擠光的過程中不可（kě）控，合（hé）格率不高。並（bìng）且擠光工序（xù）為最後（hòu）工序，工序報廢後經（jīng）濟損失較（jiào）大（dà）。

在引入高速銑機床後，以（yǐ）及深入（rù）了解了高速（sù）銑削理論後，我們決定使用高速銑的方法來進行技術攻關。我（wǒ）們的工藝實踐策略為粗、精加工嚴格分離（lí）；分層銑削；定期（qī）檢測更換精加工刀具。

粗、精加工分離。主要是刀具的分離，粗加工以快速去除餘量為（wéi）主，主要采用螺旋插銑的銑（xǐ）削方法，對刀具要求不高。精加工加工策略與（yǔ）初（chū）加工完全不同，對刀具對跳動及刀尖尺（chǐ）寸要求高。對刀具的要求首先體（tǐ）現在幾何尺寸上，首先要求刀具夾持後的跳（tiào）動不大於0.004，這項（xiàng）指標體現的是工具供應商在（zài）刀柄和刀具（jù）製造上的綜合實力，在瓦爾特工程師的指導下，我們通過反複夾持試棒測量，得出：瓦爾特（tè）熱漲刀柄的反複定位（wèi）精度不大於0.002，夾持瓦爾特銑刀後，刀尖跳動不大於0.004，遠遠高於0.008到0.012的平均水平，滿足了刀尖跳動要求。另外，瓦爾特工程師根據我們零件的（de）工況（kuàng），在刀（dāo）具幾何角度上選取了大前（qián）角、大螺旋（xuán）角的刀具、在材料上選擇了耐高溫的刀具材料，以及硬度高（gāo）、摩擦係數小的塗層材料，有效減小了加工阻力，避免在加工過程中出現振動問題。實踐證明，刀具加工過程中，不僅接觸角度大，多刀（dāo）齒同步工作，切削進刀退刀平穩，還進一步減少（shǎo）了振動，更耐磨，刀具壽命也更長。

分層銑（xǐ）削。主要是（shì）在精加工的（de）過程中，我們對（duì）現有常用（yòng）的銑削方式進行了一定的試驗和摸索，發現：螺旋下刀銑無法（fǎ）滿足零件圓柱度和光度要求，圓柱度最好在0.015，光度不超過0.4；側銑無法滿足零件的圓柱度要求（qiú），加工後孔上大下小有0.008-0.01的錐度，分層銑的方法能夠同時改善圓柱度和光度水平，但分層銑削的分層深度直接影響著零件的加工效率，經試驗在經濟性和質量的平衡下，分層厚度為0.4。這是（shì）銑削的關鍵參數。

定期檢測並更換精加工刀（dāo）具。精（jīng）加工刀具直接影響質量，如此精度的尺寸，刀具磨損超限的結果（guǒ）就是產品超差。使用目（mù）視刀具塗層磨損情況，與使用高倍的對刀儀檢測，能有效檢測刀具磨損情況。在塗層脫落或刀尖跳動超出0.006的情況下及時更換刀具，有效的（de）保證了產（chǎn）品的穩定性（xìng）。除（chú）此之外，刀具磨損後經（jīng）國（guó）內專業的刀具廠商（shāng）返修（xiū），也節（jiē）約了大（dà）量的刀具成本（běn）。

按每批產（chǎn）品50件（jiàn）投產來計算，提升效果如下：

以（yǐ）銑代（dài）磨

生產中，有相當大（dà）一部分產品需要在熱處（chù）理後進行加工，尤其是高硬度材料（HRC55以上）。對回轉類零件，一般采用內（nèi）、外圓磨床加工，非回轉類零件（jiàn）一般采用坐標磨床，效（xiào）率極低，經（jīng）濟性也不好。

我們應用高速銑削解決了這些問（wèn）題，不僅實現了高效、低切削力，在某些場合完全取代坐標磨床的作用。主要應用特點如下：

加工餘量對以銑代（dài）磨加工的效率影響非常大。一般側銑加工餘量不大（dà）於0.02，否（fǒu）則刀具急劇磨（mó）損。

線速度嚴格按刀具樣（yàng）本製（zhì）定值（zhí）調整。因為新的加工理念使生產環節的積累不足，而刀具使用指南是廠（chǎng）商技（jì）術積累的成果，要有“拿來（lái）主義”。以往，我們在加工高硬材（cái）料方（fāng）麵可謂空白，偶爾加工HRC48-52材料過程中，總會出現加工效率低、刀具熱磨損（sǔn）速（sù）度快、刀具出現崩刃現象、產品加工後還（hái）有啃刀現象、加工精度不穩定（dìng）等問題。在與瓦（wǎ）爾特工程師多次交流後，我們從源頭（刀具選型：我們（men）選取瓦爾特超硬加工係列材料，采用小前角、小螺旋角（jiǎo）、不等齒距、不等螺旋角的刀具幾何尺寸係（xì）列，能有效（xiào）的增加刀具韌性，耐熱性高），過程（參數應用，主要是采用低切削量、高（gāo）轉速、高進給（gěi）的參數組合（hé），一（yī）般將（jiāng）切削深度不大於0.04，轉速提升至75m/min,進給在40M/min）優化了加（jiā）工順序及采用螺旋進、退刀方式，以及刀具翻新（刀具一（yī）旦磨損鍍層磨損至刀（dāo）具發白或磨損（sǔn）量超過0.012，進行返修），這樣（yàng）一個（gè）完整的刀具（jù）應用管理周期進行了全麵的調整。可以說，完整解決方案的應用，有效保證了目標的最終達成。

刀具一定有針對性，一般加工高硬材（cái）料的刀具材料均為特殊開發，嚴（yán）格控製刀具（jù）材（cái）料中粒度（dù）不大於0.02的粒子不低於（yú）80%，鈷含量不高於（yú）3%，加入（rù）鈦、铌、鉬、鋁的等元素，采取合理的熱處理工藝手段，選取硬（yìng）度高（HV>3500）摩擦係數小於0.25的塗層，采用物理氣相沉（chén）積的塗層方法，使刀具（jù）材料的綜合性能得到保證。

關於中航工業金城南京機電液壓（yā）工程研究（jiū）中心

中（zhōng）航工業金城南京機電液壓工程研究（jiū）中心是我國航空機載機電係統的研發中心和生產基地。具有完（wán）整的預先研究、型號研製、設計製造、試（shì）驗（yàn）交付和維修服務的手段和能力。現有職工3000 餘人，公司先後為60 多個機型37 大機電係統提供（gòng）產品和配套附件。目前擁（yōng）有的空中加油裝備、恒（héng）速傳（chuán）動裝置、應急動力裝（zhuāng）置、空氣渦輪起動（dòng）機、燃氣渦輪起動機、高壓（yā）除水環境控製係統、三輪渦輪冷卻器、高性能電（diàn）液伺服閥（fá）、燃油（yóu）泵、飛機地麵操縱係統等核心技術和產品，在國內具有（yǒu）不（bú）可替代性。同（tóng）時，民航機（jī）電（diàn）產品維修居於國內（nèi）領先地位。

圖2. 薄維斌，中航（háng）工業金城南京機電液壓工程（chéng）研究中心工藝工程部。

圖3. 在引入高速銑機床後，以及深入了解了高速銑削理論（lùn）後，我們決定使用（yòng）高速銑的（de）方法來進行技術攻關。我們的工藝實踐策略為粗、精加工（gōng）嚴格分離；分層（céng）銑削；定期檢測更換（huàn）精加（jiā）工（gōng）刀具。

圖4. 在銑（xǐ）削高（gāo）硬材料和銑削高精度轉子（zǐ）柱塞孔的生產過程中，我（wǒ）們通過高（gāo）速銑削的方（fāng）法，應用德國瓦爾特的標準與非標刀具，以銑代磨、以銑（xǐ）代（dài）擠，最終實現了設定的目標。

圖5.中航工業（yè）金城南京機電液壓工程研究中心。

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