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加工中心镗孔加工防振技术
2021-1-6  来源:浙江通力重型齿轮股份有限公司   作者:杜王静

  
     【摘要】: 根据减速机箱体几何结构特点,针对原镗孔工艺进行分析,结合实际生产,设计了一种加工中心镗孔加工防振技术,解决了长径比在 5 倍左右径时镗孔振刀问题,提升了加工效率与精度,并给出了相应数据。
  
     材料牌号为 HT200 的减速机箱体,经模型铸造,去应力退火后,硬度 150~230HB,金相组织主要以珠光体的形式存在。加工部位如图 1所示。

  
     箱体轴承孔一般采用镗削的方法加工至图样要求。长径比在 5 倍左右时,极易出现镗孔振刀现象,从而影响孔的同心度、圆柱度和表面粗糙度。采用防振刀具加工,虽然能解决振刀问题,但刀具成本昂贵,一般中小企业难以承受。
  
     1.镗孔加工方法分析
  
     为保证箱体经模型铸造去应力退火后正常加工,在模型铸造时,轴承孔应适当留余量。如金属模型铸造的减速机箱体,为避免铸造误差使工件尺寸超差,图样要求 φ 62H7、长度 315mm
的轴承孔,一般留直径余量 2~4mm。镗削时存在以下困难 :
  
    (1)粗镗时,铸件类粗镗可转位硬质合金刀片单边切深 0.75~1.75mm,切削刃宽 0.25mm,切削参数如表 1 所示。

  
     通过以下公式可以计算切削扭矩 :

      Mc=vcapFnkc(1 - ap/Dc)/(2nπ)
  
     (1)式中,Mc 是切削扭矩 ;vc 是线速度 ;ap是切削深度 ;Fn 是每转进给量 ;kc 是特定切削力 ;Dc 是孔径 ;n 是转速。
  
      不同切深量,双刃粗镗刀所产生的切削扭矩如表 2 所示。


      经测试,出现振刀,切深越大,双刃所产生的切削扭矩越大,振动越强烈,勉强加工 3 件,刀片出现崩刃,无法继续使用。
  
     (2)为排除粗镗振刀对精镗的影响,先用防振刀进行加工,保证表面质量,再进行精镗测试。精镗时,铸件类精镗可转位硬质合金刀片单边切深 0.25mm,切削刃宽 0.12mm,切削参数如
表 3 所示。



     通过公式(1),计算得出单刃切削所产生的切削扭矩如表 4 所示。
  

  
     经测试,出现振刀,刀片磨损很快,轴承孔同心度、圆柱度和表面粗糙度远远超出图样要求。
  
     镗孔加工是目前较为普遍的孔加工工艺,能保证零件加工精度,但长径比在 5 倍径左右时,非防振镗刀加工铸件轴承孔易发生振刀。采用防振刀,则面临高昂的刀具成本,以山特维克可乐满防振刀为例,镗直径 62mm 的防振镗刀,单件价格一般在 4~6 万元。
  
    2.改进后的镗孔加工技术
  
    镗孔发生振刀,主要的原因是镗削加工所产生的切削扭矩大于或等于机床、工件装夹系统的固有预紧扭矩,从而产生振动。因此当减小切削扭矩时,则远离了机床、工件装夹系统的固有预
紧扭矩,避免了振动的产生。减小切削扭矩的措施如下 :
  
    (1)选用小刃宽,带前角刀片。小刃宽,带前角刀片具有更加锋利的切削刃口,能减小单位面积内所受的切削力。改进后的粗镗刀片刃宽、前角如图2所示,精镗刀片刃宽、前角如图3所示。

 
  
  
   (2)适当提高线速度,减小进给量。优化后的切削参数,如表 5 所示。

  
    产生的切削扭矩如表 6 所示。
  
  
    经测试,非防振刀粗镗,无振刀现象出现,余量预留均匀。但需注意的是,线速度的提升,应考虑刀片本身的耐磨性,不同品牌厂家,耐磨性能各有不同,主要受涂层技术的限制,国内可提供线速度 120m/min 以内耐磨性较好的刀片,线速度 120m/min 以上需进口 Sandvik、KENNA、SECO、Iscar 等公司的刀片。
  
   (3)减小切深。从以上表格的计算数据看,不同切深对切削扭矩也存在较大影响,切深1.75mm 产生切削扭矩是切深 0.75mm 产生切削扭矩的 2.3 倍。因此,在精镗时,切深优化为 0.14mm,线速度优化为 155m/min,进给量优化为 0.12mm/r,镗削加工产生的切削扭矩为 0.000 52k c,与改进前的精镗相比,切削扭矩减少了 55.17%,增加内冷铸件切削液,效果更佳。

    经测试,非防振刀精镗,无振刀现象出现,同心度、圆柱度和表面粗糙度均符合图样要求。从检验记录和生产统计来看,已稳定加工 503件箱体,满足批量生产要求。
  
    3.结语
  
    镗孔技术是当前自动化生产的重要工序之一,结合数控机床应用,合理选择刀片、切削参数,充分发挥刀具本身的价值,给企业带来更多的利润空间的同时,也为我国制造业的可持续发展增添一份力量。
 

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