一種新型履帶板零件的加工方法

馬小光，劉心藜，邢程，孫超

北京北方車輛集團有限公司 北京 100072

1 序言

履帶是特種裝甲車輛行走機構(gòu)中的重要部分，其中履帶板零件是負重與行走的主要部件，零件生產(chǎn)基數(shù)大，材料去除量大，其加工質(zhì)量直接影響車輛的行駛性能和整條履帶的壽命。某新型號一體結(jié)構(gòu)履帶板（見圖1）具有橫向扭轉(zhuǎn)強度高的特點，可提高履帶在車輛轉(zhuǎn)向時的扭轉(zhuǎn)剛度，以及履帶銷、端聯(lián)器等相關(guān)零件的受力均衡性，減少脫帶現(xiàn)象，并可有效提升整條履帶的使用性能。

圖1 一體結(jié)構(gòu)履帶板

針對新型號一體結(jié)構(gòu)履帶板的特殊結(jié)構(gòu)，開展工藝試驗，在綜合考慮質(zhì)量、生產(chǎn)效率與成本的前提下，總結(jié)出一種適合在立式加工中心上完成的中等批量生產(chǎn)的工藝方法。

2 零件技術(shù)要求

如圖2所示為某型號履帶板的加工要求，產(chǎn)品材料為42CrMo，鍛造毛坯硬度200～240HBW，熱處理后精加工硬度401～461HBW，零件外形尺寸（316±0.3）mm、（142±1.5）mm。加工要素為4處φ34mm履帶銷安裝孔和兩端孔口倒角，銷孔同軸度要求≤0.2mm，銷孔位置度要求≤0.4mm，以保證最終加工完成后的端部最小壁厚＞6.7mm，最后工件要100%進行無損檢測。

圖2 某型號履帶板加工要求

3 工藝方案設(shè)計

（1）熱前粗加工階段 粗加工階段要分工序做好底面和側(cè)面基準，316mm兩端面和中間空缺，側(cè)面淬火后不再加工，因此要保證尺寸公差，φ34mm孔粗加工到φ32mm，要盡可能提高效率，并保證與基準的相互位置，為精加工留好余量。粗加工各工序要及時發(fā)現(xiàn)鍛造毛坯的缺陷，減少加工浪費。

（2）熱處理后精加工階段 精加工階段要恢復(fù)定位基準，保證兩孔精度要求，鏜孔和倒角最好一次加工完成，提升加工效率，以避免工序周轉(zhuǎn)。

根據(jù)以上分析，具體的加工工藝過程見表1。

表1 加工工藝過程

4 加工難點及解決方案

（1）4×34mm銷孔粗加工 零件4×φ34mm銷孔熱處理前粗加工要鉆至尺寸φ32mm，綜合考慮產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率，選擇哪種鉆削方法非常關(guān)鍵。第一種：搖臂鉆安裝鉆模使用普通高速鋼加長鉆頭加工，此方法的特點是加工成本低，但人員勞動強度大（需要鉆頭刃磨技巧）且加工效率較低。第二種：深孔鉆加工，此方法效率較高，但需要專用深孔加工設(shè)備或者外協(xié)加工。第三種：立式加工中心使用U鉆鉆孔，此方法通用性好，加工效率高。

經(jīng)對比分析，選擇了第三種方案。公司現(xiàn)有1臺友佳NBP-1100A立式加工中心（見圖3），具備中心出水功能，并且沖水壓力達到8MPa，能夠適合內(nèi)孔的加工工況。接下來選擇刀具，經(jīng)過參閱株洲鉆石的刀具樣本，選擇了φ32mmZTD05系列U鉆（見圖4）。經(jīng)過分析和實踐，發(fā)現(xiàn)此系列U鉆采用螺旋內(nèi)冷結(jié)構(gòu)，容屑空間大，可以大進給切削，效率較高，而且鉆削過程中內(nèi)刃速度低，工況惡劣，使用YBG212韌性好的刀片，外刃使用耐磨性好的YBG205刀片，刀片壽命及穩(wěn)定性均表現(xiàn)出色，適合42CrMo材料的切削。有了合適的刀具還需要穩(wěn)定的工裝夾具，以保證穩(wěn)定的工件定位裝夾和整個工藝系統(tǒng)的剛性，考慮到產(chǎn)品生產(chǎn)周期，根據(jù)零件特點設(shè)計制作了一套簡單鉆孔用夾具（見圖5）。

圖3 NBP-1100A立式加工中心

圖4 U鉆

圖5 鉆孔用夾具

（2）4×φ34mm細長銷孔鏜削 4×φ34mm銷孔最終精加工要求同軸度φ0.2mm，位置度要求φ0.4mm，孔表面粗糙度值Ra＝1.6μm。零件總長316mm，單向很難完成加工，因此只能采用掉頭加工。選擇了具備四軸回轉(zhuǎn)的工作臺，能實現(xiàn)工件翻轉(zhuǎn)，并設(shè)計有側(cè)面和底面的定位工裝夾具（見圖6），實現(xiàn)一次裝夾兩工件，正反兩面加工。精加工孔選擇粗鏜+絞孔或粗鏜+精鏜兩種方式，但考慮到專用合金鉸刀制作周期較長，故選擇了粗、精鏜的加工方法。為提高加工質(zhì)量和效率，配置剛性較好的整體合金刀桿和耐用度較高的切削刀片。

圖6 工裝夾具

（3）銷孔中間凹槽面孔口倒角 中間凹槽處有5×30°和2×45°倒角各2處，這是關(guān)鍵的加工難點，若分工序加工就需要增加人員和設(shè)備，降低加工效率。另外精鏜后倒角在孔內(nèi)側(cè)會產(chǎn)生毛刺，不易去除，裝配時會劃傷履帶銷橡膠。因此設(shè)計了專用加工刀具，在精鏜孔工序的同時完成倒角加工。經(jīng)分析有3種方式可實現(xiàn)倒角加工。

1）第一種是拆卸式組合倒角刀。此方法刀具制作成本低，使用設(shè)備簡單，但在加工過程中需要反復(fù)手動裝卸刀頭，加工效率低。

2）第二種是偏心式反鏜倒角刀（見圖7）。此類刀具是利用加工中心定向功能將刀尖旋轉(zhuǎn)至設(shè)定角度，以偏心的位置將刀桿深入孔中，在到達孔底后移動，使刀具旋轉(zhuǎn)中心與孔中心重合，此時刀具回轉(zhuǎn)直徑大于孔徑，刀具開始向上加工，完成后按照進入路徑反向退出，開始加工下一個孔。

圖7 偏心式反鏜倒角刀結(jié)構(gòu)

3）第三種方法是選擇進口刀具。有一種帶刀夾自動式反刮刀，原理是刀桿反轉(zhuǎn)伸入孔內(nèi)，到達設(shè)定位置后，刀桿上的離合摩擦片與工件碰觸，觸動刀具內(nèi)部機構(gòu)打開刀夾，刀具進行切削。加工完成后，主軸正轉(zhuǎn)并繼續(xù)前伸，使刀桿底部摩擦離合片與工件再次接觸，觸動刀具內(nèi)部機構(gòu)，使刀夾收回，之后從孔中抬起。此刀具從原理上來說具有效率高的優(yōu)勢，但從現(xiàn)實使用角度來說，因為倒角角度有30°和45°，所以需要定制2種刀具。這類進口刀具價格非常昂貴，而且采購周期長，很難保證生產(chǎn)需要。

綜合分析3類刀具，考慮加工效率及成本問題，選擇第二種偏心式反倒角刀。

倒角加工時采用反鏜的加工方式，如圖8所示。在孔的下方反鏜加工5×30°倒角。保證刀具順利通過孔，且下刀時刀桿和刀尖距孔的單邊間隙量20.5mm，刀具切削刃水平方向?qū)挾?mm，刀具偏心量為4mm。根據(jù)以上參數(shù)計算，得出刀桿的最大直徑是：33－20.5+（20.5－4）＝29（mm）。

圖8 反鏜的加工方式

精加工工序及切削參數(shù)見表2。為0.5mm。

表2 精加工工序及切削參數(shù)

因為孔徑為φ34mm，所以將刀具底端尺寸設(shè)計成φ33mm。因為5×30°倒角最大處尺寸為φ39.77mm≈φ40mm，所以刀具回轉(zhuǎn)半徑設(shè)計成

倒角加工程序如下。

5 結(jié)束語

通過分析產(chǎn)品加工工藝，綜合對比各種加工方法的優(yōu)缺點，總結(jié)出一種履帶板零件的中等批量加工方案。經(jīng)過工藝實施驗證，實現(xiàn)了粗加工階段的經(jīng)濟高效和精加工階段的質(zhì)量可靠。單臺機床復(fù)合加工，1天可完成60件產(chǎn)品，能夠滿足年生產(chǎn)數(shù)量要求。并且通過自制非標刀具、夾具，積累了相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗，只需調(diào)整工裝夾具和刀具相關(guān)參數(shù)即可實現(xiàn)不同型號的零件加工。如果產(chǎn)品定型進入大批量生產(chǎn)階段，可以借助成熟的工藝方法，實現(xiàn)自動化、柔性化的高效加工。