HXD1C型電力機(jī)車配件銑削工藝改進(jìn)

唐　岳（南車株洲電力機(jī)車有限公司,湖南 株洲 412000）

HXD1C型電力機(jī)車配件銑削工藝改進(jìn)

唐岳
（南車株洲電力機(jī)車有限公司,湖南 株洲 412000）

文章通過對HXD1C型電力機(jī)車配件銑削工藝的改進(jìn)，解決了機(jī)車板材構(gòu)件加工效率低、成本高、易損耗設(shè)備的難題，提升了產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率。

銑削工藝；改進(jìn)；電力機(jī)車車體配件加工

0　引言

HXD1C型電力機(jī)車為首款擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的大功率機(jī)車，其車體及轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)為焊接構(gòu)件，為保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)固與裝配合理，機(jī)車配件在焊接前常需要對配件進(jìn)行坡口銑削或平面銑削。

電力機(jī)車車體的零配件往往為板料，且具有長、大、重等特點(diǎn)，使得機(jī)床銑削頭必須懸伸至機(jī)床最底端。這導(dǎo)致零配件在銑削加工時，具有加工余量大、切削力大、切削扭矩大等缺點(diǎn)，使該類零件加工效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定。

1　機(jī)車車體產(chǎn)品銑削工藝性

1.1產(chǎn)品材質(zhì)特性

HXD1C型機(jī)車配件主要采用16MnDR鋼材，屬于低合金鋼，種類分為兩種，一是鋼板厚度6~16mm,抗拉強(qiáng)度為490~620MPa,屈服點(diǎn)不小于315MPa,伸長率不小于21%，冷彎試驗(yàn)d=2a,硬度HB約170；二是鋼板厚度16~36mm,抗拉強(qiáng)度為470~600MPa,屈服點(diǎn)不小于295MPa,伸長率不小于21%，冷彎試驗(yàn)d=3a,硬度HB約170（由布氏硬度與材料抗拉強(qiáng)度（MPa）的近似關(guān)系：σb=3.62HB可得到此類鋼材硬度為170HB左右）。

1.2產(chǎn)品加工要求

機(jī)車車體產(chǎn)品具有長、大、重等特點(diǎn)，按照HXD1C型機(jī)車設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品公差執(zhí)行ISO國際適中標(biāo)準(zhǔn)即ISO2768-mK,加工表面粗糙度為Ra12.5。

1.3產(chǎn)品工藝特點(diǎn)

HXD1C型機(jī)車車體配件多由板材焊接構(gòu)成，板材高度低機(jī)床銑削頭必須懸伸至機(jī)床最底端。這使得該類機(jī)車零配件的銑削加工，具有加工余量大、切削力大、切削扭矩大等特點(diǎn)，對機(jī)床、刀具的磨耗程度高。通過以上分析可得知，該類零配件尺寸以去除材料為主；產(chǎn)品材質(zhì)硬度較低、韌性較強(qiáng)；銑削頭懸伸長，扭矩較大、易振動，對機(jī)床、刀具磨耗程度高。

2　銑削工藝改進(jìn)

2.1刀具刀片技術(shù)參數(shù)

影響銑削性能的最重要的參數(shù)是銑刀的主偏角Kr、前角γ、刀片槽型及刀片材質(zhì)。

（1）銑刀主偏角Kr。銑刀的主偏角為切削刃與切削平面的夾角，主要影響切削力的分布。

45°主偏角的銑刀徑向切削力大幅度減小，約等于軸向切削力，切削載荷分布在較長的切削刃上，具有很好的抗振性，適用于鏜銑床主軸懸伸較長的加工場合。

（2）銑刀前角γ。銑刀的前角可分解為徑向前角γf和軸向前角γp。徑向前角γf主要影響切削功率，軸向前角γp則影響切屑的形成和軸向力的方向，當(dāng)γp為正值時切屑即飛離加工面。

依據(jù)機(jī)車車體材料16MnDR特性，需選擇切削力較小、切削輕快的正前角刀具。

（3）銑刀片槽型。依據(jù)機(jī)車配件材料16MnDR硬度較低的特點(diǎn)，可選擇較鋒利的切削刃；又因加工量較大，需要同時兼顧切削刃的耐磨性和強(qiáng)度，M槽型合適。

（4）銑刀片材質(zhì)。現(xiàn)代銑削加工多數(shù)采用硬質(zhì)合金刀片，硬質(zhì)合金種類繁多，且合金上可進(jìn)行不同性能的涂層。不同的刀片材質(zhì)及涂層材料，因其材料組成元素的差異，具有不同的機(jī)械性能。

刀片材質(zhì)及表面涂層決定了刀片的耐磨性、抗沖擊等性能，其選擇需考慮加工材料、切削參數(shù)和現(xiàn)有工況。經(jīng)反復(fù)分析與驗(yàn)證，涂層銑刀片價格一般價格在100元/片以上，優(yōu)選刀片材質(zhì)，對加工成本意義重大。

2.2新型銑削刀具刀片改進(jìn)

依據(jù)對刀具技術(shù)參數(shù)及產(chǎn)品工藝性的分析，我們優(yōu)選大切深、正前角的刀具及槽型鋒利刀片。

（1）引入“衡量三刃成型刀”、“山高成型刀”、“鉆石立裝成型刀”等機(jī)夾式刀具，完全替代焊接刀，使得坡口加工效率成倍提升，成本大幅下降。

（2）引入主偏角為45°的正前角“山特45°面銑刀”，替代原主偏角75°負(fù)前角刀具，大大減少切削熱，使得平面銑削輕快，效率成倍提升。

（3）優(yōu)選刀片。優(yōu)選材質(zhì)、槽型，從加工材料、切削參數(shù)和現(xiàn)有工況出發(fā)，選擇更適合的刀片材質(zhì)。如：125面銑刀刀片先后使用R245-12T3M-PM4230等4種牌號的刀片，最后確認(rèn)R245-12T3M-PM4240型刀片更適合低合金鋼銑削，較最初使用壽命提高40%~60%。用量由141片/季減少到81片/季，單此一項(xiàng)刀片年可結(jié)余24000元，降幅達(dá)43%。

2.3新型工裝設(shè)計(jì)應(yīng)用

HXD1C型機(jī)車有許多板材類配件，板材銑削使得數(shù)控龍門銑床銑削頭必須懸伸至機(jī)床最底端。加之較的大切削余量，使得該類銑削加工具有切削扭矩大、切削力臂大等特點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床因主軸懸伸過長，加工中易出現(xiàn)震顫及滑刀現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)床精度及產(chǎn)品質(zhì)量，或者影響加工效率。

解決主軸懸伸過長的問題，必須縮短銑削頭的懸伸。經(jīng)仔細(xì)分析后，“上移”機(jī)床平臺成為一種有效的解決方法。綜合考慮機(jī)床承重能力、定位、裝夾等性能，最終設(shè)計(jì)出空心結(jié)構(gòu)的升高平臺。

3　工藝改進(jìn)效果

（1）切削效率。機(jī)加工效率提升至原來1.5倍左右。板厚t≥12的厚板坡口切削平均速度由500mm/min提高到800mm/min，t≤12的薄板坡口切削平均速度由650mm/min提高到950mm/min；

（2）消耗成本改善效果。消耗成本下降50%以上。板厚t≥12的厚板坡口加工，加工消耗成本下降37%；板厚t≤12薄板坡口加工，加工消耗成本下降85%。

（3）工裝平臺應(yīng)用。依據(jù)機(jī)車零配件加工工況，我們設(shè)計(jì)的升高平臺減小了數(shù)控銑削頭的懸伸，提高了工藝系統(tǒng)剛性，消除了機(jī)床震顫及滑刀現(xiàn)象。據(jù)設(shè)備維修統(tǒng)計(jì)，使用升高平臺后機(jī)床故障率由上年度15~20次，降低到8~12次，故障率平均下降43%。（不同設(shè)備的故障率變化有所不同）

4　結(jié)束語

通過一系列的工藝改進(jìn)，解決了HXD1C型機(jī)車配件加工難題，極大的提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，保護(hù)了加工設(shè)備。同時，也積累了機(jī)車類配件產(chǎn)品銑削的工藝經(jīng)驗(yàn)，具有很好的指導(dǎo)意義和推廣價值。

[1]焦建民.切削手冊[S].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

[2]楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊[S].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[3]楊黎明.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊[S].北京:國防工業(yè)出版社,1996.