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        曲軸斜曲面深孔加工新工藝探索

        2018-05-31 02:28:06孫建輝
        時代汽車 2018年2期
        關(guān)鍵詞:麻花鉆油孔平頭

        孫建輝

        北京現(xiàn)代汽車有限公司 北京市 101300

        1 項目概況

        1.1 立項背景

        曲軸線GT30-40工序用于加工曲軸油孔。該工序共有臥式加工中心6臺,每臺加工中心使用6把鉆頭參與加工。加工時,采用機械手自動上下料,A軸和B軸聯(lián)動確定工件裝夾姿態(tài);采用MQL微量潤滑技術(shù)和常規(guī)外冷技術(shù)結(jié)合,確保加工時刀具的穩(wěn)定性。曲軸斜油孔長徑比為18,屬于極難加工。

        1.2 現(xiàn)況簡介

        對斜油孔加工過程進行分析,斜油孔加工分為三個步驟:

        銑刀加工銑出端口平面;麻花鉆加工出導(dǎo)向孔;麻花鉆貫穿斜油孔。

        表1

        1.3 問題描述

        由于曲軸斜油孔長徑比為18,屬于極難加工,刀具壽命低、異常折損的刀具較多。加工斜油孔的3把刀具,都有大量的折損,統(tǒng)計了6月份1個月內(nèi)的刀具異常折損情況。刀具折損均為加工中折斷,其中T03發(fā)生異常折損18把,T04發(fā)生異常折損13把,T04發(fā)生異常折損36把。每月的異常刀具統(tǒng)計中,斜油孔加工產(chǎn)生的異常占到50%以上,這對生產(chǎn)效率和成本以及不良品指標控制產(chǎn)生了較大負面影響,見圖1。

        2 原因分析

        2.1 工藝原因

        存在三個影響刀具壽命的主要因素:

        銑刀在加工完成后加工表面有凸起;

        導(dǎo)向孔加工時麻花鉆受車不均勻,鉆頭發(fā)生偏移;

        麻花鉆貫穿斜油孔時超過彎曲應(yīng)力極限,刀具折斷,見圖2。

        不難發(fā)現(xiàn),在STEP 1中銑削產(chǎn)生的凸起是造成后續(xù)加工發(fā)生折損的根本原因。由于銑削平臺時產(chǎn)生的凸起對鉆導(dǎo)向孔麻花鉆頭的定心產(chǎn)生徑向力,造成導(dǎo)向孔位置偏移,從而也造成了貫通孔麻花鉆因為受到了主軸和工件的彎曲應(yīng)力超出了極限而發(fā)生斷裂。

        2.2 刀具原因

        通過對斜油孔加工過程與刀具材料分析,異常斷刀主要原因之一是刀具涂層耐磨性較差造成,現(xiàn)有刀具涂層黑灰色主要成分為單層 TiCN,TiCN是綜合 TiN和 TiC 兩種材料優(yōu)點的涂層材料,顏色為紫紅色,表面硬度為2700HV,開始氧化溫度為450℃,但是在高速大余量切削過程中,涂層易氧化,導(dǎo)致高溫下化學(xué)性能不穩(wěn)定。在實際使用中,銑刀和麻花鉆均為TiCN涂層,因而發(fā)生刀具異常折損也不可避免,見圖3。

        圖1

        圖2

        圖3

        圖5

        3 改善方案

        3.1 工藝改善

        通過對工藝的原因分析,為了杜絕銑刀在加工完成后加工表面有凸起這一根本原因,并查閱了相關(guān)資料,提出使用平頭鉆這一復(fù)合型刀具來1步加工斜油孔的導(dǎo)向孔。在刀具技師的技術(shù)支援下,修磨出一把平頭鉆,見圖4。

        圖4

        加工工藝相應(yīng)改變,加工斜油孔的3步加工精簡為2步加工,并修改了相應(yīng)加工程序,見圖5。

        3.2 刀具改善

        由于TiCN涂層使用效果不理想,決定采用新型涂層 TiAlN,TiAlN 是近幾年來開發(fā)的新涂層材料,顏色為紫黑色,如圖3-3,表面硬度為2800HV,開始氧化溫度為 800℃。它的附著力比TiCN涂層大,涂層的硬質(zhì)合金刀具的高溫硬度好,涂層材料開始氧化的溫度比 TiCN 涂層要高,化學(xué)穩(wěn)定性更好,這種特性可以使涂層硬質(zhì)合金刀具避免受高溫的危害,從而保護切削刃。

        更重要的是,TiAlN 涂層中的Al在高速切削中由于熱量的作用向外擴散與氧反應(yīng)生成了一種致密完整連續(xù)的 Al2O3 保護膜,這層保護膜對涂層的氧化作用起阻礙作用,從而阻止了涂層的進一步氧化,大大提高了TiAlN 涂層在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性,可更有效地用于高速切削,見圖6。

        4 改善效果

        4.1 無形效果

        4.1.1 生產(chǎn)性提高

        通過將斜油孔的加工步驟從3步加工精簡為2步加工,減少了刀具更換、主軸旋轉(zhuǎn)以及刀具切削的時間,從而減少了總加工時間,提高了加工效率

        改善前:Cycle/Time:47″,

        改善后:Cycle/Time:42″,

        工序節(jié)拍提升 ↑ 5″。

        4.1.2 人員士氣提升

        使用平頭鉆加工曲軸斜油孔具有推廣性,可應(yīng)用于北京現(xiàn)代三個發(fā)動機工廠的曲軸生產(chǎn)線;推進改善的過程提高了員工的積極性,團隊的每位成員通過深入研究、商討和反復(fù)測試,為改進工藝和降低成本作出了努力。

        圖6

        連續(xù)切削時不同涂層的磨損量變化比較

        4.2 有形效果

        通過工藝改善,避免了刀具異常折損和造成的加工不良品;工藝縮短為2步加工后刀具單臺月均節(jié)儉20250.00元,綜合計算月均節(jié)儉金額為70861.55元。

        5 結(jié)語

        通過在曲軸斜油孔的加工中使用平頭鉆,提高了加工效率,降低了不良率,節(jié)儉了刀具使用成本,使用平頭鉆加工曲軸斜油孔在行業(yè)內(nèi)也具有廣泛的推廣性和借鑒性。

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