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密齒麵銑（xǐ）刀在柴油機箱體類零（líng）件加工中的應（yīng）用

2017-11-20 來源：玉柴機器股份（fèn）有限公司製造技術部作者：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（líng）件的銑削效率，對柴油機生產線（xiàn）的所有粗銑（xǐ）、半精銑工序的機床、刀具（jù）進行改造，采用了先（xiān）進的硬質合金可轉位密齒麵銑刀，普遍提高了加工線銑削效率30％以上，確保（bǎo）了（le）生產線產量的不斷提升，滿足了市場對生（shēng）產能力不斷提升的需（xū）求（qiú），產生了顯著的經濟效益，為此，對密齒麵（miàn）銑刀在柴油（yóu）機箱體類零件加工中應用作具體的研究和論述。

關鍵詞（cí）：柴油機生產線；氣缸體零（líng）件；銑削加工（gōng）

由於市場需求的不斷提升，柴油機生產線能（néng）力不（bú）斷在進行填平補齊，由年產2．4萬台，增至3．8萬台，再到7萬台，期間雖然（rán）進行了大（dà）規（guī）模（mó）的技術改造（zào），但新增（zēng）設備（bèi）大多數（shù）是鑽鏜類組合機床（chuáng），由於生產線場地與空間所限，生產線的銑削設備無法新增，銑（xǐ）削設備的效率與能力已遠遠滿足不了市場需求，成為關鍵瓶頸工序，因此，對現有銑削設（shè）備進行改造，應用新工（gōng）藝（yì）、新技術，提（tí）高（gāo）生產線的銑（xǐ）削效率已刻不容緩。

1、密齒麵銑（xǐ）刀應用的提出

對銑削工序的工藝係統進（jìn）行具體的分析發現，製約（yuē）銑削效（xiào）率提高的主要原因是：硬質（zhì）合金刀片強度（dù）、耐磨性不足，隻（zhī）能采用較低（dī）的切削進給速度（dù）。為此，在現有設備基礎條件下，提高銑削效率的（de）途徑可能有：

(1)采用高強度、耐磨刀片

采用立方氮化硼等（děng）高強度、耐磨性好的刀片材（cái）質（zhì），可顯著（zhe）提高工（gōng）件的銑削進給速度，但在同等刀片數量下，必須要求（qiú）強大的切削功率以（yǐ）及機床（chuáng）強度，必要時還需要大流量冷（lěng）卻係（xì）統支持，在現狀國產通用銑削設備不動基礎上，設備功率與強度都不足，新增大流量冷卻（què）係統也困難，且國內諸如（rú）立方氮化硼等高強（qiáng）度、耐磨性好的刀片材質開發仍未（wèi）成熟，國外刀具運行成本太高，因此，針對現狀條件，采用高強度耐磨刀片仍沒有現實基礎。

(2)減少每齒進給量（liàng），提高進給（gěi）速度

在銑削過程中，每片刀片（piàn）所受的切削力與每齒進給量（liàng）成正比（bǐ）關係，減少每齒進給量，可減少每齒所受的切削力，在刀片同等強度下，可提高工件銑削的進（jìn）給速度，從而提高銑削效率，因此，減少每齒進給量是提高銑削效率的途徑之一。而要減少每齒（chǐ）進給量有二種方法：提高主軸（zhóu）轉速、增加參加切（qiē）削的刀齒數。

1)提高主軸轉速，減少每（měi）齒（chǐ）進給量。雖然提高主軸轉速，可（kě）減少每齒進給量，從而可相（xiàng）應提高工件的進給速度，達到提高銑削效率（lǜ）的目的，但主（zhǔ）軸轉速提高，切（qiē）削的線速度也提高，刀片產生的切削熱也提（tí）高，當切削熱超過（guò）刀片（piàn）耐受範圍時，刀片就會急劇磨損，在沒有有效的刀片冷卻條件下，按目前國產刀片材料現實，難於實現。

2)采用（yòng）密齒（chǐ）刀盤，減少每齒進給量（liàng）。采用密齒刀盤，參加切削的（de）刀齒數增加，則每齒進（jìn）給量可相（xiàng）應（yīng）降低，在相同（tóng）的銑削條件下，可（kě）相應（yīng）提高工（gōng）件的（de）進給速度，從而達到提高銑削（xuē）效率（lǜ）的目的，隨著刀具結構的（de）不斷（duàn）優化改進（jìn），國內硬（yìng）質合金可轉位（wèi）密（mì）齒麵銑刀盤（pán）已成熟，刀盤（pán）成本差別也不大。

綜上所述，通過（guò）幾種方（fāng）案的評估對比，在生產線設備不作重大變更條件下，采用密齒麵（miàn）銑刀是有效提高銑（xǐ）削效率的最簡單、可靠、同比運行成本可（kě）接（jiē）的最佳（jiā）方（fāng）案。

2、密齒麵銑刀盤在生產（chǎn）線的實際應用

對柴油機生產線上所有銑削灰鑄鐵HT250的氣缸體、氣缸蓋、離（lí）合器的粗、半精工序的鹽城紅旗單／雙麵組合銑床的銑刀盤全部更換為（wéi）密齒麵銑刀盤，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（běn）上增加了一倍，單純從每齒進給量可降低（dī）一半來看，進給（gěi）速度可提高一（yī）倍，則效率可提高一倍，但由（yóu）於銑削（xuē）過程（chéng）受到複雜的機床、工裝、表麵粗糙度要求等諸多因素影響，難以達到全部更換的工序銑削效率都能提高一倍，但從實（shí）際應用效果看，最少都能達到提（tí）高生產效率30％以上，個別瓶頸（jǐng）工序設備更換為大功率高（gāo）強剛性的強力銑削機床後，可以達到提高生產效率高於50％的目標。

密齒麵銑刀盤在生產線的實際應用采用的銑削參數為：切削厚度2 mm～5 mm，單齒進給量0．05。0．15 mm／每齒，線速度100—125 m／min，必須特別注（zhù）意：對特定的刀片材質，若線速度超越一個臨界值，刀片的（de）耐用度將大幅下降，因此，主軸轉速及線速（sù）度與（yǔ）生產效率之間必須選好一個（gè）平衡點；更換密齒麵銑刀（dāo）盤後（hòu），進（jìn）給速度普（pǔ）遍從（cóng）160～200 mm／min，提高到250。315 mm／min，銑（xǐ）削效率提高（gāo）30％以（yǐ）上。

3、密齒麵銑刀盤在生產（chǎn）線應用的案例

銑（xǐ）刀（dāo）盤齒數提升為原齒數的一倍，理論上，銑削效率可提（tí）高一倍，但由於受複雜的各種因（yīn）素的影（yǐng）響，特別是在密齒麵銑刀銑削過程（chéng）中，雖然單齒進給（gěi）量減少了，但同時（shí）參與銑削的刀齒數成倍增加，整個刀盤所（suǒ）受的切削力及切削熱都在提高，因此，在實際應用中必須考慮如下問題：

(1)機床（chuáng）本身（shēn）的電機（jī）功率及機床剛強度

由於同時參加銑削的刀齒數（shù）增加，切削（xuē）力也在增加，所要求的機床功率（lǜ）、機床剛（gāng）強度也（yě）要增強，因此，更換密齒麵（miàn）銑刀盤（pán）時，必須評估原生產線使用的設備狀況，在確定工件進給速度時，必（bì）須考慮適當的動載及新刀片磨損後切削力上升等變化因（yīn）素，否則，機床（chuáng）可能出（chū）現由於工件進（jìn）給速度（dù）過高，而致機床工藝係統出現振動、工作台拖動無力、機床讓刀、機（jī）床故障頻繁等不利（lì）因素。

案例一：在生產線氣缸體粗銑（xǐ）前後端麵（miàn）工序中，銑削厚（hòu）度為3 mlTI～5 mm，原（yuán）舊（jiù）刀盤使用的進給速度為160 mm／min，機（jī）床銑削狀態良好；更換密齒麵銑刀後，先采（cǎi）用250 mm／min的進給速度，銑（xǐ）削效率可提高（gāo）55％，但試切結果，機床振動嚴重，銑削效果不佳，後把進給速度降為200 mm／min，銑削效果良好，銑削效率提高30％．為了進一步提高生產效率，後來更換了一台強力（lì）銑削機床，機床（chuáng）主軸功率由7．5 kW提高到15 kW，機床的剛強度也加強，但工（gōng）作台進給功率沒162有提高，機床進給速度采用250 mm／min時，機床銑（xǐ）削平順，銑（xǐ）削良好，生產（chǎn）效率提高（gāo）55％，再把（bǎ）進給（gěi）速（sù）度提高到315 mm／min時，銑削效率可提高95％，機床主軸銑削良好，但工（gōng）作台時而出現爬行現象，加工狀（zhuàng）況不理想，說明機床主軸功率及機床剛強度都足夠，但工作（zuò）台進給功率（lǜ）不足（zú），最後該工序進給速度確定為250 mm／min，生（shēng）產效率隻提高55％．

(2)工件銑削的有效麵積

工件銑削麵積越（yuè）大（dà），同時參與銑削的刀片數增大，其切削力也相應增大，對不同的有效銑削麵積，必須采用（yòng）不同（tóng）的工件（jiàn）進給速度，才（cái）能保證高的銑（xǐ）削效率，否則，機床也（yě）會出現振動，讓刀等影響加工質量的問題。

案例二：氣缸體粗銑（xǐ）左右側麵工序與粗銑前（qián）後端麵工序，銑削寬度一樣，但（dàn）有效（xiào）的銑削麵積不同，左右側麵以塔子凸台等形成間斷的（de）銑（xǐ）削麵，中間部位有很多麵積是不（bú）用加工的，而前後（hòu）端麵（miàn）基本上是實體，屬大麵積實（shí）體銑（xǐ）削，前後端麵的有效銑削麵積比左右側麵的銑削有效（xiào）麵積大二倍以上；在機床型號、刀盤結構大小、銑削深度都相同條件下，粗銑（xǐ）左右側麵的銑削進給速度可以達到315 mm／min，而粗銑前後端麵的（de）進給速（sù）度隻能達到200 mm／min，因此，有效銑削麵影響著銑削（xuē）參數的選擇。

(3)工裝夾（jiá）具的剛性

由於參與銑削的刀齒（chǐ）數多，大量的刀齒（chǐ）頻繁地切人切出工（gōng）件（jiàn）表麵，產生很高的振動頻率，如果工裝夾具剛性不好，工裝夾具的固有（yǒu）頻率與（yǔ）銑削的振動頻率相近，就（jiù）會產生“共振”現象，因此，在密齒麵銑刀盤應用時（shí），必（bì）須在工裝設（shè）計時注意提高工裝夾具的整體剛強性。

案例三（sān）：在氣缸蓋粗銑底麵工序中，共使用了二台相同的設（shè）備（bèi），但工裝夾具不同，第一台設備的工裝底座由四（sì）塊25 mm厚（hòu）鑄鐵（tiě）用螺栓（shuān）連（lián）接在一體，夾具中空（kōng），整個夾具剛（gāng）性不是很好，在更換使用400 mm密齒麵銑刀銑削時，產生非常明顯的振動，為了消除振動，先（xiān）後試進行了順銑（xǐ）、逆銑（xǐ）、偏心（xīn）銑、減少銑削厚度等（děng）措施，但振動仍（réng）不能消除，最後采取在密齒麵銑刀上隔齒去（qù）掉一個刀片的方（fāng）法，才消除了振動，但新更換（huàn）的密齒麵銑刀對提高生產效率沒產生效果；而在第二台設備上，使用的工裝夾具（jù）是整體澆注的鑄鐵底座，新更換使用了400 mm密齒麵（miàn）銑刀，進（jìn）給速度並（bìng）提高30％情況下，銑削平順良好，生產效率能提高30％；因此，在（zài）采用密齒麵銑刀時，必須評估考慮工裝夾具的剛性（xìng）等狀況。

(4)被加工產品的結構特（tè）性

柴（chái）油機氣缸體、氣缸蓋（gài）結（jié）構非常複雜，產品的整體（tǐ）剛強性也顯著影響銑削的效果，必須評估產品（pǐn）結構特點，選擇不同（tóng）的（de）銑削刀盤與銑削（xuē）參數。案例四：在氣缸體精銑底麵工序中，曾換用帶修光刀的密齒麵銑刀盤進行銑削，即使在相同銑削進給速度下，新刀盤銑削後（hòu）的表麵粗糙度比舊刀盤差（chà），不能穩定達標產品圖（tú）紙要求，主要原因有二：一是，氣缸體底麵二（èr）邊是龍門結構，有100 mm長度的懸空，被銑削部位（wèi）剛性較（jiào）差，當（dāng）更密集的刀齒參加切削後，產生更大的（de）振動頻率（lǜ），遇上剛性較差的被切削部位時，產生嚴（yán）重的振動，致（zhì）加工後表麵（miàn）粗（cū）糙度下降。

二是，密齒麵銑刀盤壓緊（jǐn）可轉位刀片采用的是簧拉緊結構，此結構適於布置更密集的刀片（piàn），且更（gèng）刀片更容（róng）易，但該結構致使可轉（zhuǎn）位刀片為正2度（dù）前角，正（zhèng）前角銑削的切（qiē）削力更大，對剛性差的工件而言，更容易引起振動，從而影（yǐng）響加工後的表麵粗（cū）糙度。而舊刀盤采（cǎi）用（yòng）的是楔（xiē）塊螺釘壓（yā）緊結構，致刀齒布得較疏，且更換可轉位刀片也不方便（biàn），但該結構能使

刀片形成負3度前角，銑削更鋒利，因（yīn）此銑削力更低，銑削的振動低（dī），銑削平順。因此，密齒麵銑刀盤在（zài）些特定條件下並不適用。

4、結束語

隨著刀（dāo）具材料與刀具結（jié）構的不斷發展，在（zài）生產線空間與設備限製條件下，可應用更先進的（de）銑削刀，能有效（xiào）提升其生產效率，本文所述的柴油機氣（qì）缸、氣缸蓋、離合器殼生產線的所有粗、半精銑刀盤換為密齒麵銑刀盤後（hòu），生產效率普遍可（kě）提高30％以上（shàng）。更先進的刀具的應用，可（kě）能需要更（gèng）高設備功率（lǜ）或剛強度，或大流量冷卻等技術（shù）的支持，需要做好評估，才能有（yǒu）效（xiào）發揮新技術新工藝的效能。

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