李新寧 李才兒 黃桂英 常偉軍 許顯存 楊錦斌

(①青海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海 西寧 810003;②青海一機(jī)數(shù)控機(jī)床有限責(zé)任公司，青海 西寧 810018)

高速切削加工是一項(xiàng)高新技術(shù)，它以高效率、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征，在汽車工業(yè)、航空航天、模具制造和儀器儀表等行業(yè)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。高速切削是實(shí)現(xiàn)高效率制造的核心技術(shù)，工序的集約化和設(shè)備的通用化使之具有很高的生產(chǎn)效率?？梢哉f，高速切削加工是一種不增加設(shè)備數(shù)量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術(shù)。

下面針對某汽車后橋減速器殼體零件加工過程的工藝分析、傳統(tǒng)加工工藝與高速加工技術(shù)對比分析、高速切削加工優(yōu)勢等方面進(jìn)行探討，可能有不周之處，請讀者不吝賜教。

1 工藝性分析

汽車后橋減速器殼體形狀復(fù)雜，孔系繁多，屬于典型的箱體類零件，見圖1 所示。由于減速器殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料為球墨鑄鐵，選用精密鑄造毛坯，毛坯精度較高。

1.1 工藝性分析

以某汽車后橋減速器殼體為例(圖2)，進(jìn)行其加工過程的工藝分析。從設(shè)計(jì)角度講，零件的主要加工表面和非主要加工表面是清楚分開的，即主次分明，未注明公差的加工表面，經(jīng)過粗加工或半精加工就能滿足精度要求，該零件具有良好的工藝性。但由于零件重量較大，殼體較薄，在加工中容易產(chǎn)生變形;減速器殼體上孔系繁多，精度要求高且多尺寸不等，加工時需要很多不同的定尺寸特殊刀具，從這兩點(diǎn)來說該零件加工具有工藝性較差的特點(diǎn)。

1.2 確定加工方案

通過對減速器殼體加工工藝性分析，以“先面后孔、粗精分開”原則確定了加工方案。具體內(nèi)容如下:

(1)加工順序先面后孔

減速器殼體的加工順序均為先加工面，以加工好的平面定位再來加工孔。因?yàn)闇p速器殼體孔的加工精度高、加工難度大，先以孔為粗基準(zhǔn)加工好平面，再以平面為精基準(zhǔn)加工孔，這樣既能為孔的精加工提供穩(wěn)定可靠的基準(zhǔn)，同時可以使孔的加工余量均勻。

(2)加工階段粗、精分開

減速器殼體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚不均，剛性不好，而加工精度要求又高，故減速器殼體主要加工表面都要劃分為粗、精加工兩個階段。單件小批量生產(chǎn)的減速器殼體加工，如果從工序上也安排粗、精分開，則機(jī)床、夾具數(shù)量要增加，工件轉(zhuǎn)運(yùn)也費(fèi)力，所以實(shí)際生產(chǎn)中將粗、精加工在一道工序內(nèi)完成。但從工步上講，粗、精加工還是分開的。如在粗加工后將工件松開一點(diǎn)，然后再用較小的夾緊力夾緊工件，使工件因夾緊力而產(chǎn)生的彈性變形在精加工前得以恢復(fù)。

(3)工序間安排時效處理

減速器殼體比較復(fù)雜，鑄造內(nèi)應(yīng)力較大，一般都應(yīng)當(dāng)在鑄造和粗加工后面均安排一次人工時效或去應(yīng)力退火，以除去工件內(nèi)應(yīng)力，減小變形，保證精度的穩(wěn)定。

2 傳統(tǒng)加工工藝與高速加工技術(shù)對比分析

汽車后橋減速器殼體的加工，無論是普遍使用的傳統(tǒng)加工技術(shù)，還是高速、高效的高速加工技術(shù)，加工方案都采取了先粗后精、先面后孔的常規(guī)加工程序，粗加工較為簡單本文不予贅述，現(xiàn)針對汽車后橋減速器殼體的精加工內(nèi)容，按傳統(tǒng)加工工藝與高速加工技術(shù)進(jìn)行對比分析論述，具體加工流程及內(nèi)容如下(圖2):

(1)毛坯及加工余量:汽車后橋減速器殼體的精加工毛坯為半精加工件，面和孔都留有一定的加工余量，即:平面加工余量為2 mm;孔加工余量為2 mm(單邊)。

(2)工件定位及夾緊:工件以φ160H7 孔軸線平行于工作臺臺面放置于液壓夾具上，工件以兩個φ12H7銷孔、φ400h7 止口、A 基準(zhǔn)面定位，15 mm 厚度尺寸上面四點(diǎn)液壓夾緊。

(3)工作臺0°位置。

(4)粗鏜φ170H7/φ90H6 孔至φ169.6 mm/φ89.6 mm:

傳統(tǒng)加工中的粗鏜工序中鏜刀一般為單刀頭，鏜刀頭材料為YG8，其加工參數(shù):切削速度V=115 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=366 r/min，進(jìn)給速度F=73 mm/min，切削時間T=1.37 min。

高速切削加工中的粗鏜工序中鏜刀一般為雙刃刀頭，刀片材料為合金涂層刀片，其加工參數(shù):切削速度V=220 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=412 r/min，進(jìn)給速度F=165 mm/min，切削時間T=0.624 min。

傳統(tǒng)加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統(tǒng)加工提高效率120%。

(5)銑φ170H7 孔端面:傳統(tǒng)加工中平面加工普遍采用面銑刀，刀片材料為YG8，其加工參數(shù):切削線速度為110 m/min，主軸轉(zhuǎn)速為350 r/min，進(jìn)給速度為490 mm/min，加工時間為2.04 min。

高速切削加工中平面加工也普遍采用面銑刀，刀片材料為合金涂層刀片，其加工參數(shù):切削線速度為220 m/min，主軸轉(zhuǎn)速為701 r/min，進(jìn)給速度為1963 mm/min，加工時間為0.964 min。

傳統(tǒng)加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統(tǒng)加工提高效率112%。

(6)精鏜φ90H6 孔:傳統(tǒng)加工中的精鏜工序中鏜刀一般為單刀頭，鏜刀頭材料為YG8，其加工參數(shù):切削速度V=110 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=426 r/min，進(jìn)給速度F=56 mm/min，切削時間T=1.15 min。

高速切削加工中的精鏜工序中鏜刀一般為雙刃刀頭，刀片材料為合金涂層刀片，其加工參數(shù):切削速度V=200 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=708 r/min，進(jìn)給速度F=71 mm/min，切削時間T=0.552 min。

傳統(tǒng)加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統(tǒng)加工提高效率109%。

(7)精鏜φ170H7 孔:傳統(tǒng)加工中的精鏜工序中鏜刀一般為單刀頭，鏜刀頭材料為YG8，其加工參數(shù):切削速度V=110 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=210 r/min，進(jìn)給速度F=32 mm/min，切削時間T=2.836 min。

高速切削加工中的精鏜工序中鏜刀一般為雙刃刀頭，刀片材料為合金涂層刀片，其加工參數(shù):切削速度V=200 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=375 r/min，進(jìn)給速度F=38 mm/min，切削時間T=1.384 min。

傳統(tǒng)加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統(tǒng)加工提高效率105%。

(8)鉆2 -φ12H7 底孔φ11.8 mm、孔深20 mm:

傳統(tǒng)加工中的鉆頭為高速鋼麻花鉆頭，其加工參數(shù):切削速度V=25 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=663 r/min，進(jìn)給速度F=166 mm/min，切削時間T=1.106 min。

高速加工中的鉆頭為硬質(zhì)合金鉆頭，其加工參數(shù):切削速度V=120 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=3239 r/min，進(jìn)給速度F=810 mm/min，切削時間T=0.274 min。

傳統(tǒng)加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統(tǒng)加工提高效率304%。

(9)鉸2 -φ12H7 孔:傳統(tǒng)加工中的鉸刀為高速鋼鉸刀，其加工參數(shù):切削速度V=18 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=368 r/min，進(jìn)給速度F=126 mm/min，切削時間T=1.358 min。

高速加工中的鉸刀為硬質(zhì)合金鉸刀，其加工參數(shù):切削速度V=80 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=2123 r/min，進(jìn)給速度F=1062 mm/min，切削時間T=0.238 min。

傳統(tǒng)加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統(tǒng)加工提高效率471%。

(10)工作臺回轉(zhuǎn)至90°位置。

(11)粗鏜φ160H7/M163 ×2 底孔至φ159.6 mm/φ161 mm:傳統(tǒng)加工中的粗鏜工序中鏜刀一般為單刀頭，鏜刀頭材料為YG8，其加工參數(shù):切削速度V=115 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=366 r/min，進(jìn)給速度F=73 mm/min，切削時間T=1.38 min。

高速切削加工中的粗鏜工序中鏜刀一般為雙刃刀頭，刀片材料為合金涂層刀片，其加工參數(shù):切削速度V=220 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=412 r/min，進(jìn)給速度F=165 mm/min，切削時間T=0.622 min。

傳統(tǒng)加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統(tǒng)加工提高效率122%。

(12)精鏜φ160H7 孔:傳統(tǒng)加工中的精鏜工序中鏜刀一般為單刀頭，鏜刀頭材料為YG8，其加工參數(shù):切削速度V=110 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=210 r/min，進(jìn)給速度F=32 mm/min，切削時間T=2.847 min。

高速切削加工中的精鏜工序中鏜刀一般為雙刃刀頭，刀片材料為合金涂層刀片，其加工參數(shù):切削速度V=200 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=375 r/min，進(jìn)給速度F=38 mm/min，切削時間T=1.386 min。

傳統(tǒng)加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統(tǒng)加工提高效率106%。

(13)銑螺紋M163 ×2:傳統(tǒng)加工的大直徑內(nèi)螺紋工序中采用單刃鏜刀插補(bǔ)加工方法，鏜刀頭材料為YG8，其加工參數(shù):切削速度V=80 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=180 r/min，進(jìn)給速度F=22 mm/min，切削時間T=6.192 min。

高速切削加工的大直徑內(nèi)螺紋工序中采用銑削加工方法，螺紋銑刀材料為涂層合金，其加工參數(shù):切削速度V=140 m/min，主軸轉(zhuǎn)速S=557 r/min，進(jìn)給速度F=334 mm/min，切削時間T=1.547 min。

傳統(tǒng)加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統(tǒng)加工提高效率301%。

(14)工作臺回轉(zhuǎn)至270°位置

(15)粗鏜φ160H7/M163 ×2 底孔至φ159.6 mm/φ161 mm:同(11)工序(略)。

(16)精鏜φ160H7 孔:同(12)工序(略)。

(17)銑螺紋M163 ×2:同(13)工序(略)。

(18)夾具松開加工工件。

(19)工作臺回轉(zhuǎn)至0°位置。

3 高速切削加工優(yōu)勢分析

高速切削加工作為一項(xiàng)高新技術(shù)，隨著制造技術(shù)的發(fā)展，近年來也取得了很大的進(jìn)步，也被大家所接受，對于減速器殼體的高速加工而言，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面:

(1)提高了刀具的壽命:高速切削是在吃刀深度較小，切削速度較高的情況下進(jìn)行的，由于切削時產(chǎn)生熱量的70%～80%都集中在切屑上，而切屑的去除速度很快，傳遞到工件上的熱量大大減少，刀具切削刃的吃刀時間特別短，從而降低了刀具的磨損，提高了刀具的壽命，節(jié)約了生產(chǎn)成本，有利于保證工件的加工精度。

(2)提高了機(jī)床的使用壽命:高速切削的吃刀深度較小，刀具和機(jī)床主軸承受的徑向力較小，主軸軸承承受的沖擊力較小，減小了主軸軸承、滾珠絲杠、導(dǎo)軌的磨損，使機(jī)床的使用壽命提高。

(3)提高了加工效率:隨著切削速度的大幅度提高，進(jìn)給速度也相應(yīng)提高，單位時間內(nèi)的金屬切除率大幅度的提高，是傳統(tǒng)加工的3～5 倍，從而提高了機(jī)床的使用效率。

(4)有利于加工熱變形大的工件:在高速切削時，加工中的大部分熱量來不及傳遞給工件，而是被高速加工下來的切屑帶走，因此減小了工件的熱變形，有利于熱變形大工件的加工。

(5)有利于提高工件的加工精度、表面粗糙度及尺寸公差和形狀位置公差。

4 結(jié)語

高速切削加工是一種不增加設(shè)備數(shù)量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術(shù)，它可以縮短工件的加工時間，生產(chǎn)效率得到了大幅度提高，提高工件的加工精度和表面質(zhì)量，在一臺設(shè)備上通過一次裝夾完成工件的半精加工、精加工，從而降低了生產(chǎn)成本。實(shí)踐中驗(yàn)證了其切削參數(shù)合理性、工藝過程正確性，已成為某企業(yè)汽車后橋減速器殼體加工工藝典范，值得在汽車后橋減速器殼體加工中推廣應(yīng)用。