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        鉆斜油孔工藝優(yōu)化和工序縮減方案

        2022-01-01 06:29:50霍睿郝鵬尚劍平
        金屬加工(冷加工) 2022年12期
        關(guān)鍵詞:油孔尖角夾具

        霍睿,郝鵬,尚劍平

        陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司 陜西寶雞 722409

        1 序言

        加裝緩速器的客車(chē)變速器中,“蝴蝶狀”后軸承蓋(見(jiàn)圖1)作為連接變速器和緩速器的重要組成部分,需要鉆20倍徑斜油孔,需要設(shè)計(jì)5°角度專(zhuān)用斜夾具(見(jiàn)圖2),將需要鉆的油孔位置平行于機(jī)床Z軸,使用啄鉆進(jìn)行加工,加工效率較低,平均加工一個(gè)油孔需要4min。

        圖1 后軸承蓋

        圖2 專(zhuān)用斜夾具

        原有生產(chǎn)線使用的是立式加工中心和臥式加工中心,由于油孔的存在,導(dǎo)致原有“一正一反”的立式加工工序需要增加一道鉆油孔工序以及一套斜夾具,因此增加了一臺(tái)加工設(shè)備的投入,多一次零件裝夾。

        針對(duì)以上問(wèn)題,通過(guò)工藝試驗(yàn),引進(jìn)角度頭加工油孔,并對(duì)原有刀具進(jìn)行優(yōu)化,從而減少設(shè)備的投入,提高加工效率。

        2 角度頭的使用

        想要減少后軸承蓋生產(chǎn)線加工單元的投入,則必須減少工序數(shù)量,使兩工序夾具裝夾在一個(gè)立式加工工作臺(tái)上,優(yōu)化后的工序如圖3所示,單獨(dú)存在的鉆油孔工序就成為工序優(yōu)化、縮短的主要突破口。然而由于立式加工中心不像臥式加工中心甚至多軸加工中心那樣,可以隨意變換角度,所以立式加工中心一般會(huì)使用專(zhuān)用的夾具,使想要加工的斜油孔平行或者垂直于立式加工中心的Z軸[1]。

        圖3 優(yōu)化后的工序

        由于后軸承蓋所有油孔的角度均為5°,是一個(gè)統(tǒng)一的角度,因此成為工序優(yōu)化、角度頭(見(jiàn)圖4)使用的重要前提之一。

        圖4 角度頭

        根據(jù)前期設(shè)計(jì)的液壓夾具對(duì)于零件定位的方向,確定5°角度在立式加工中心的Y軸加工,通過(guò)Z軸和Y軸聯(lián)動(dòng)加工。設(shè)計(jì)專(zhuān)用的角度頭定位塊(見(jiàn)圖5),將角度頭的5°限定在Y軸方向。在設(shè)計(jì)角度頭結(jié)構(gòu)時(shí),還要考慮機(jī)床換刀和刀具在刀庫(kù)中的擺放姿態(tài),盡量避免大刀具設(shè)置和撞刀的風(fēng)險(xiǎn)。

        圖5 角度頭定位塊

        注意事項(xiàng):要考慮刀具在機(jī)床內(nèi)的裝夾方向和零件的加工方向,可以通過(guò)改變夾具在機(jī)床內(nèi)部的放置方向,調(diào)整刀具在機(jī)床刀架上的位置和方向,從而避免大刀具設(shè)置,減小刀庫(kù)使用時(shí)數(shù)量不足的壓力。角度頭裝夾如圖6所示。

        圖6 角度頭裝夾

        3 刀具優(yōu)化

        生產(chǎn)線原有刀具方案為使用20倍徑的高速鋼刀具,采用啄鉆形式加工,進(jìn)給速度低,抬刀循環(huán)次數(shù)較多(25次),且刀具耐磨性差,刀具經(jīng)常因?yàn)榱慵毕莺偷毒吣p等原因而斷裂,導(dǎo)致零件及刀具報(bào)廢,增加加工成本。

        為了提高效率,進(jìn)一步優(yōu)化角度頭的使用效果,試驗(yàn)采用一款類(lèi)似于原工藝刀具的進(jìn)口合金刀具(118°鉆尖角鉆頭,見(jiàn)圖7),加工效率明顯提高。但是由于進(jìn)口鉆頭本身的剛性與硬度極高,需要機(jī)床的精度較高,同時(shí)也需要大的中心出水壓力(3MPa以上)配合排屑,而車(chē)間的機(jī)床中心出水壓力均<1.5MPa,因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)刀具斷裂現(xiàn)象。進(jìn)口刀具采購(gòu)成本較高,采購(gòu)周期較長(zhǎng),發(fā)生斷裂時(shí)造成的損失也比較大,車(chē)間生產(chǎn)成本較高。

        圖7 118°鉆尖角鉆頭

        查看生產(chǎn)線刀具使用情況,發(fā)現(xiàn)刀具磨損的主要部位為刀尖,刀尖磨損較快,導(dǎo)致?lián)Q刀頻繁甚至斷刀。118°鉆尖角鉆頭受到的徑向鉆削力較大,軸向鉆削力較小,使得鉆頭可以有較高的進(jìn)給速度[2];用于延展性較高的材料比如鋁合金加工,性?xún)r(jià)比較好。140°鉆尖角鉆頭(見(jiàn)圖8)受力情況如圖9所示,受到的徑向鉆削力較小,鉆頭的進(jìn)給速度不宜過(guò)高,而加工此斜油孔特征的速度不是很高,因此首先試驗(yàn)了一款進(jìn)口鉆頭,雖然刀具壽命和切削效率有明顯的提高,但是易斷刀,造成很大的成本浪費(fèi)。

        圖8 140°鉆尖角鉆頭

        圖9 鉆頭受力情況

        考慮刀具性?xún)r(jià)比與制造周期,我公司與國(guó)產(chǎn)刀具廠家共同優(yōu)化并制造了鉆尖角為140°的20倍徑合金鉆頭,用于QT500-7球磨鑄鐵斜孔加工,經(jīng)過(guò)試驗(yàn),加工效率為進(jìn)口刀具的2/3,但是刀具成本僅為進(jìn)口刀具的1/6。

        各種刀具的性能及存在的問(wèn)題對(duì)比見(jiàn)表1。

        表1 各種刀具的性能及存在的問(wèn)題對(duì)比

        4 優(yōu)化前后工藝性能比較

        工藝優(yōu)化后的加工實(shí)況如圖10所示。經(jīng)連續(xù)加工驗(yàn)證,新工藝方案使用角度頭和140°國(guó)產(chǎn)20倍徑合金內(nèi)冷鉆頭,加工穩(wěn)定,相比原工藝方案,鉆油孔加工節(jié)拍由4.5min縮短至1min,零件加工效率為優(yōu)化前的4倍多,工序數(shù)由原來(lái)的3序縮減為2序,機(jī)床使用數(shù)量由原來(lái)的2臺(tái)立式加工中心減少為1臺(tái)立式加工中心,刀具壽命由一把刀具加工50件工件提高到了180件,同時(shí)解決了工序加工時(shí)間不匹配導(dǎo)致的設(shè)備資源浪費(fèi)問(wèn)題[3]。

        圖10 工藝優(yōu)化后的加工實(shí)況

        5 結(jié)束語(yǔ)

        角度頭的合理運(yùn)用及刀具的優(yōu)化,推進(jìn)了加工單元的優(yōu)化,使后軸承蓋生產(chǎn)線加工單元減少了1臺(tái)立式加工中心的投入,為小批量多品種生產(chǎn)模式的生產(chǎn)車(chē)間節(jié)省了設(shè)備投入,并且減少了操作人員搬運(yùn)和裝卸零件的次數(shù),降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,同時(shí)也減少了零件因?yàn)榘徇\(yùn)和裝卸而產(chǎn)生的磕碰風(fēng)險(xiǎn)。

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