縮短加工時間 效率提升達80%
2019-5-30 來源：山高 作者：-
山高刀具助力航發南方公司減速器生產工藝優化
“做世界一流的中小航空發動機供應商”——自1951年建廠成立（lì）近70年來，懷抱著（zhe）這個夢想與目標，中國航發南（nán）方工業（yè）有限公司（以下簡稱南方公司）始（shǐ）終堅持創新，不斷提升發展核心技術能（néng）力，現已形成（chéng）航空發動機研（yán）製、生產、修理、服務保障於一體的強大優勢體係。南方（fāng）公司作為行業（yè）內種類最全、型號（hào）最多的航空發動機企業，擁（yōng）有30多萬平方米生產廠房及設施，配備近7000台套領先設備；作為我國中小航空發動機研（yán）製生產基地，具備了批產第三代和研製（zhì）第四代中小型渦軸、渦槳航空發動（dòng）機的工藝（yì）與製造技術能力，部分核心零部件關鍵技術更是達（dá）到（dào）了世界先進水平。
精度高、材料與結（jié）構雙重（chóng）難加工的特性，讓（ràng）航空零部件的製造總是（shì）很難在品質與效率間達到平衡。由此，工藝優化、提速提效的（de）生產改革一直在南方公司大範圍、持續性開展。借（jiè）助智能（néng）領先的設備（bèi）與工具產（chǎn）品，來最大限（xiàn）度地解決加工效率低、精度不夠、生產環節不合理等問題，效果明顯。曾采（cǎi）用（yòng）傳統分（fèn）層銑削方式進行生產加工的減速（sù）器主要（yào）零件遊星架的窗（chuāng）口結構正是南方公司工藝改革的典型實例。
效率瓶頸，傳統加工方式急需改善
遊（yóu）星架是減速（sù）器中的主要零件，其結構複雜（zá），大小不一的內需鑽孔內要安裝（zhuāng）齒（chǐ）輪軸等多個轉動件。遊星架底部圓柱形結構的外圍（wéi）有4個窗口結構，需要從實體形式的毛坯件開始掏（tāo）空加（jiā）工，不僅加工餘量非常大，其對表（biǎo）麵質量的要求也十分（fèn）嚴格。
圖1 遊星架幾何圖
圖2 分層銑削加工
“在以往生產中，對於這個（gè）窗口結構，我們采用的是傳統的分層（céng）銑削加工形式。這種方法（fǎ）雖（suī）然（rán）加工穩定，表麵質量得以保證，但是效率相當低下。”南（nán）方公司李雙全介紹說，“分層銑削每次加工最（zuì）多隻能深（shēn）入2毫（háo）米，而遊星架窗口結構的徑向需切削深度為70餘毫米，要完成加工需要在（zài）徑向深度方向循環切削40次。每次循環中沿窗口銑削一周的時間是2分鍾，完成單個窗口加工就需要至少80分鍾。”
另外，如此加工效（xiào）率讓該零件占（zhàn）用設備的情（qíng）況十分（fèn）嚴重。車間經常出現為了加工遊星架這個零（líng）件，而導致其餘需要上該設備的零件排隊積壓（yā），對生產造成了很大影響。因此，急（jí）需對其進行（háng）工藝改（gǎi）善和效率（lǜ）提升。
工藝（yì）改善：整體銑刀 + 動力銑削
傳（chuán）統分層銑削方式中采用的是切（qiē）削刃有限的裝刀片（piàn）式銑刀，每次徑向切削深度僅為2毫米，且無法增大，這也最（zuì）直接地導致了切削次數和切削時間的增加（jiā）。所以，首先考慮的就是（shì）如何加大（dà）徑向切削深度的問題。
圖3 分層銑削刀具(裝（zhuāng）刀片式)
在深入分析比較後，南方公司決定（dìng）采用切削深度更大的整體玉米銑刀替換原有的刀片銑刀。同時，零件（jiàn）窗口結構剛開始是（shì）實體（tǐ）毛坯狀態，整體玉米銑刀若要單次直接實現滿刃切削，則首先需要加（jiā）工一個底孔讓刀具能夠伸（shēn）入零件使切削刃整體接觸到加工麵。效率更（gèng）高、切削力更大的（de）鑽削形式成了最佳選擇。由此，他們基本製定（dìng）了先采用鑽頭加工（gōng）底孔，再使（shǐ）用整體玉米銑刀進行（háng）滿刃切削的加工方式。
在解決了切削（xuē）深度問題，減少了循環切削次數後，南方公司的技術人員們（men）又（yòu）開始考慮是否能通過加大進給、切深、提高轉速等方式增大刀具切削力，從而減少循環中一周切削時間。“然而，這種設想很快就被推翻了。采用整體刀具滿刃切削時的切削（xuē）載（zǎi）荷較（jiào）大，如果直（zhí）接提高進給、切深等加工參數，必然會導（dǎo）致（zhì）刀具和工件之間的接觸時間長、切削溫（wēn）度升高，刀具難以承受則易造成打刀，進而影響（xiǎng）刀（dāo）具使用壽（shòu）命和加工質量。” 李雙（shuāng）全繼續介（jiè）紹說，“隨後，我們團隊又對編程方式進行了（le）反複的（de）討論和探索，最終找到了能提高切削參數同時又能使（shǐ）刀具承受惡劣加工條件的切削方式——動力銑削。”
與傳（chuán）統加（jiā）工不同，在動力銑削過程中（zhōng）銑（xǐ）刀是處於一（yī）邊（biān）自轉一邊公轉的狀態，減少了接觸角和每轉切（qiē）除量，從而（ér）降低了切削（xuē）力和切削溫度，使刀（dāo）具能適（shì）應更惡（è）劣的切（qiē）削要求；同時（shí），動力銑削實現了將非連續加工變成連續加工，加工穩定性更高，因此加工轉速、切削等參數可繼續提（tí）高，從而實現大餘量快速切削。
優質（zhì）刀具方案打造極致高效
工（gōng）藝方案確（què）定後，接下來就是要尋找合適的刀具（jù）產（chǎn）品了。整個提效方案需要4把刀具，首先是用於窗（chuāng）口剛開始加工時（shí）進行鑽削加工，形成底孔的大直徑鑽（zuàn）頭（tóu）；然後是快（kuài）速銑削去除窗口（kǒu）餘量和協助（zhù）清除邊角殘留餘量的玉米（mǐ）合金銑刀；以及（jí）最後用於窗（chuāng）口精加工，保證最後尺（chǐ）寸（cùn）及表麵質量的精加（jiā）工（gōng）整體合金刀具。
在了解對比了市場上多（duō）種（zhǒng）刀具品牌（pái）後（hòu），南（nán）方公司最終選擇了擁有完（wán）整產品係列且對多種航空零件加工具備豐富經驗的（de）山高刀具。航空（kōng）部件的精度要求十分嚴格並且材料成本非常高，生產（chǎn）過程中的可靠性、安全性（xìng）至關重要，南方公司需要的是實力強大、品質可靠的供應商。而山高刀具在航（háng）空製造領（lǐng）域一直備受好評，其技術團隊更有著豐富的應用經驗，在接觸（chù）之初便（biàn）贏得了南方（fāng）公司的信任。
針對鑽削（xuē）工序（xù），南方公司使用（yòng）了山高（gāo）刀具新型（xíng）的 Perfomax 颶風鑽，其優（yōu）化的（de）排屑槽，可以實現最佳的切屑（xiè）控製和排屑，從（cóng）而有效（xiào）提高鑽削參數，實現高效金屬去除效果（guǒ），並延長刀具使用壽命。排屑槽所采用的新型“減磨表麵”的特殊波形盡可能減少了切屑和排屑槽之間的接（jiē）觸，使刀具應用更為安（ān）全（quán）可靠。
圖4 Perfomax 颶（jù）風鑽
“對於整個方案中最為核心的整體刀具（jù）銑削過程，我們製定了兩種刀具配合使（shǐ）用的方案。先使用長度較短的玉米合金銑刀，采用動力銑削方式，快速銑削去除（chú）窗口餘量，然（rán）後用長度稍長的同款銑刀清除上款刀具未能去除的邊角殘留餘量。”山高刀具航（háng）空航（háng）天應（yīng）用經理宋永輝對刀具方案進（jìn）行解釋說明，“這兩款刀具是山（shān）高JABRO JHP993係列，非常適合高效率金屬切削加工，它特有的分（fèn）屑槽設計，即使在較大切削用（yòng）量的（de）情況下，也能有效控製切屑。可（kě）形成非常小的碎屑，避免了切屑（xiè）在型腔中難以排出而帶來的刀（dāo）具折斷風險。另外（wài），該（gāi）係列刀具采（cǎi）用超細粉末製成的（de）基體（tǐ），兼具硬度和（hé）韌性，配合多刃的設計，可實現更高的進給速度，充分發揮了動力（lì）銑削的優勢。”
山高的這兩款整體玉米合金銑刀將窗（chuāng）口結（jié）構初步（bù）加工完成隻花費了短短10分（fèn）鍾的時間，僅是原來分層銑削方式的1/8，大大（dà）超出了南方公司的預（yù）期，其加工效（xiào）果（guǒ）令人驚喜。
圖5 用於動力銑削的（de）玉米合金銑刀
最後，是精加工階段。為了保證良好的表麵質量（liàng）、平麵度及垂（chuí）直度，南方公司選擇了適合大（dà）切深、小切寬、側銑加工的522長刃精銑刀，可以有效避免分層加工產生的接刀痕，實現優質的壁麵光潔度。“該（gāi）款刀具特有的幾何設（shè）計，還能夠在加工薄壁的（de）情況下，完美解決由（yóu）於材料剛性不足而產生的讓刀（dāo）情況。”宋（sòng）永輝補充說道（dào）。
圖6 山高（gāo） 522 長刃精銑刀確（què）保了優質的壁（bì）麵（miàn）光潔度
“通過采用整體合金銑刀進行滿刃切削和動（dòng）力銑削編程（chéng）方式（shì）的工藝，結合山高刀具高效優質的刀（dāo）具方案，我們成（chéng）功將遊星架窗口結（jié）構的加工時間（jiān）從原來的80分鍾（zhōng）縮短為14分11秒，效率提升超過（guò）80%。”李雙全說道，“這（zhè）類方法不僅僅優化了一個零部件的加工，它在大餘量切削、斷續切削等工（gōng）藝領域都有著很大的推廣價值（zhí）和借鑒意義。在今後，我們還會（huì）將工藝優化、效率提升應用到更多的零部（bù）件加工中。”
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