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    摘要:缸体、缸盖是发动机的核心零部件,端面铣削在这两个零部件bwinchina平台中占据重要位置,缸体、缸盖的顶底面和前后面都有较高的粗糙度和平面度要求,达不到要求会对发动机的性能、质量造成很大的影响。

    2015年我厂在端面铣削过程中接连发生工件接刀痕严重、工件崩边的现象,工艺人员对此类现象了解的不够透彻,由此引发本文对端面铣削的深入研究与探讨,提出对端面铣削bwinchina平台现象的优化解决方案。

    bwinchina平台现象技术分析

    1.bwinchina平台现象

    铣削是非常普通的bwinchina平台方式。铣削属于断续切削,刀齿不断切入切出工件,切屑厚度和切削面积不断变化,冲击载荷较大,易发生振动,切削力在不断变化。切削力处于稳定状态时接刀痕并不明显,粗糙度、平面度都不会有太大变化。通常所指的接刀痕为痕迹明显、肉眼可辨,导致粗糙度、平面度超过工艺技术要求的刀痕。崩边一般发生在铸铁bwinchina平台中,切削振动大,造成bwinchina平台部位边缘的掉渣现象(见图1)。

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    图1

    2.接刀痕问题

    (1)接刀痕产生的位置。切削力突变造成很大振动,就会产生明显的接刀痕。

    接刀痕产生位置:①两次走刀的交接处会产生接刀痕。②刀具沿bwinchina平台路径进给过程中,刀具再次经过已bwinchina平台表面区域时,会产生微小的接刀痕迹,造成切削纹路发生些许变化,肉眼觉察不到,不影响bwinchina平台质量,通常可忽略。③刀齿切入或切出工件的位置也会产生接刀痕。刀齿切入时,载荷突然急剧增大,产生较大振动;刀齿切出工件的瞬间,是一个卸载的过程,整个系统的弹性变形能瞬时释放,产生较大振动。故切入、切出过程均会产生较严重的刀痕,切出过程产生的刀痕比切入过程产生的刀痕严重。

    (2)接刀痕产生的条件主要有以下几种:

    切削参数:bwinchina平台余量大、进给速度快,导致被bwinchina平台表面挤压变形大,容易产生接刀痕。

    刀具的安装误差:刀片安装误差较大,会产生接刀痕。由于我厂调刀人员,从未经过专业的调刀培训,专业素养及调刀经验参差不齐,调刀控制手段及标准不足,控制端面跳动的一致性有差别,不是每盘刀都能达到规定的换刀频次。例:新缸体OP210序,精铣前后面,Ra=3.2μm,平面度0.1mm,换刀频次800台,生产线反馈一盘新刀,有时bwinchina平台1个班200台,接刀痕就很明显,而经验丰富的调刀人员调的端面铣刀确能达到规定的换刀频次,得到生产线工人的认可,既节约了换刀时间,又降低了成本。

    主轴跳动很大:机床主轴与刀具系统连接刚性不足,高转速下,产生的巨大离心力会加速主轴轴承的磨损,同时引起机床加过过程中的急剧振动,切削表面会形成特别明显的刀痕。例:1.3缸体OP50序,后油封面bwinchina平台,粗糙度3.2,平面度0.1,2015年设备改造前,主轴跳动大导致刀痕较深,平面度不符合工艺要求,严重影响了工件的质量。平面度不合格,会导致发动机后油封部位渗漏机油。当时主轴维修困难,我厂为了应对生产,重新匹配了两次走刀的bwinchina平台余量,同时降低进给速度,暂时以牺牲刀具寿命为代价,完成了剩余的生产任务。

    刀具磨损:毛坯硬度的不均匀会造成刀具过早磨损,刀具一旦到达急剧磨损阶段(见图2),切削力必然急剧增大,造成振动,刀痕自然明显很多,影响工件质量及表面粗糙度。一般情况下,刀具磨损是产生接刀痕的主要原因。例:天内的铸铁粗bwinchina平台(见图3),正态切削,刀具磨损到急剧磨损阶段后,振动噪声变大,刀痕纹路清晰,手摸较明显。

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    图2


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    图3

    工件未夹紧:如果夹紧力不足,会导致工件松动,bwinchina平台中产生震颤,产生接刀痕。

    3.崩边问题

    新缸体OP50序,2015年2月设备厂家为保节拍、提高生产效率,对设备进行了维护,但在3月和4月刀片的换刀频次由100台降至40台,40台后继续bwinchina平台,缸体左右凸台面发生崩边现象。刀具寿命偏低,刀具单台费用两个月居高不下。

    伊斯卡样本表明,该刀片适用于铸铁bwinchina平台,切削速度范围100~400m/min,而本工序切削速度为301m/min。铸铁bwinchina平台,刀具磨损,导致横向切削力加大,造成铣刀盘即将切出工件的瞬间,将工件上留存的最后一点bwinchina平台余量挤掉,工件表面发生崩边现象。刀具磨损越早,崩边现象发生的概率越大。解决办法如下:

    (1)优化切削速度。

    将切削速度由301m/min降至163m/min,为弥补节拍的不足,同时调整了进给速度。依据金属切削原理:合理速度内,切削速度降低20%,刀具寿命提高50%。降低切削速度后,该刀具单台费用由12元/台降至6元/台,按年产3万台缸体计算,年可节约资金18万元。此时换刀频次达到100后,崩边现象才会产生,保证了质量,同时也节约了频繁换刀的时间。

    (2)刀盘结构优化。原刀盘(见图4)主偏角为90°,刀具在离开缸体边缘时的切削力全部为横向切削力,过大的拉力使工件边缘最后的bwinchina平台余量剥落,造成表面崩边情况。

    为了近一步降低成本,提高刀具寿命。我厂现地现物,利用现有资源,转序再利用开展降成本工作。原刀盘直径为Φ80mm,标准刀盘。利用曲轴OP10序刀盘(见图5)替换原刀盘。

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    图4

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    图5

    两刀盘基本参数如附表所示。

    基本参数对比表

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    切削三要素不变的前提下,由于刀片同时使用量由10片变为12片,每个刀片的进给量相对变小,等同于每个刀刃产生的切屑厚度变薄,由粗糙度简化公式可知,小的进给量可适当的提高工件表面的粗糙度,小的进给量可以减小刀具离开缸体边缘时的切削力。同时80°主偏角同90°主偏角比,可将切削力分解到两个方向,弱化了横向拉力对缸体边缘崩边现象的影响,增强了刀片寿命。

    粗糙度简化公式

    Ra=f2/8R

    式中,f为每转进给量(mm/min);R为刀尖圆弧半径(mm)。

    走刀路线技术分析

    数控bwinchina平台过程中,刀具相对于工件的运动轨迹称为走刀路线。走刀路线反应了工件的bwinchina平台过程,确定合理的走刀路线是保证铣削bwinchina平台精度和表面质量的重要工艺措施之一,走刀路线的合理关系到bwinchina平台的生产效率及刀具寿命,因此每道工序的走刀路线都非常重要。保证产品质量的前提下,走刀路线尽量最短,保持刀具一直吃刀。前期的工艺设计多考虑刀盘直径、刀盘结构、刀盘位置、铣削方式和刀具切入切出过程等因素,刀具全生命周期的70%取决于前期的工艺设计,工艺设计一旦设计完成,刀具成本也就固定了,后续改善优化只是一些辅助措施。

    1.端面铣削方式—顺铣和逆铣

    如图6所示,顺铣可以理解为铣刀切入时切屑的厚度大于切出时切屑的厚度;逆铣可以理解为铣刀切入时切屑的厚度小于切出时切屑的厚度。刀片切入工件时承受压应力,切出时承受拉应力;拉应力更容易导致刀片产生裂纹、蹦刃,若要提高刀片寿命,就得减小刀片切出时的拉应力。顺铣,切出时切屑薄拉应力小;逆铣,切出时切屑厚拉应力大。对刀具寿命而言,顺铣方式要好于逆铣方式。

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    图6

    逆铣过程,端面铣刀刚刚切入时,刀片本身存在极细小的刀刃倒棱,bwinchina平台余量很薄,刀片挤压、摩擦产生大量的切削热,造成工件表面硬化现象,切屑存在于刀片前刀面,再次切削造成工件质量变差。现大多数机床采用顺铣方式,优点:顺铣时,切屑由厚变薄,当端面铣刀前刀面切出工件的一瞬间,载荷突然释放,容易产生振动,但此时切屑很薄,切削力很小,载荷波动不会太大,故刀具寿命增加。

    2.铣削过程分析

    铣削过程分为四个阶段:非切入阶段、切入阶段、切削阶段和切出阶段。

    (1)端面铣刀切入策略:圆弧切入好于直接切入,斜着切入好于直接切入。切入策略原因分析:

    直接切入方式(见图7)。未满刀切削与满刀切削相比,未满刀切出处产生厚的切屑,导致刀具bwinchina平台过程中振动较大,刀具刃口容易失效、刀具寿命变差。若要采用此种方式直接切入,则在满刀切之前,为降低刀痕的影响,可将每转进给降为正常进给的50%。我厂的缸体、缸盖顶底面及前后面bwinchina平台,都是采用直接切入方式,并且每转进给没有降低,这是需要注意的。

    圆弧切入方式(见图8)。切出处切屑很薄,降低了切削力,振动降低,提高了刀具寿命。

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    图7


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    图8

    斜切方式。刀盘与工件成一定角度切入,目的是对刀盘切出处切屑厚度进行控制,间接提高铣刀片寿命。平滑切入工件是必要的,刚切入时进给应该降至50%,满刀切时恢复到正常的每转进给。

    (2)端面铣刀切出策略。定义:切出角=铣刀切出点和刀盘中心点的连线与铣刀盘中心线的夹角。

    经过世界第一刀具集团公司试验验证,切出角在(30°~90°与-90°~-30°)之间时刀片寿命较高,切出角范围在±30°时,刀片寿命偏低(见图9),故刀盘与工件位置关系影响刀片寿命。刀盘宽度为工件宽度2倍时,采用对称铣削方式(见图10),此时切出角为30°,刀盘布置是否合理,以此位置为基准,透彻全面的了解刀盘布置原理,迅速解决刀盘布置不合理,引发的刀片寿命偏低问题。

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    图9

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    图10

    3.刀盘直径与走刀路线

    (1)刀盘直径。刀盘直径的选择主要由bwinchina平台工件宽度决定。当bwinchina平台平面面积不大时,刀盘直径一般为切削宽度的(1.3~1.6)倍,可有效保证切屑的形成和排出。精铣bwinchina平台条件允许的情况下,可采用较大面铣刀一次走刀bwinchina平台完成。

    选择刀盘直径时尽量选择通用的标准刀盘。目前行业内标准刀盘直径已经固化,刀盘直径大致为Ф50mm、Ф63mm、Ф80mm、Ф100mm、Ф125mm、Ф160mm、Ф200mm、Ф250mm和Ф315mm等。标准刀盘通用性强,价格便宜,可替换。

    刀盘直径的确定。刀盘直径D的大小与切入角A、切出角B及工件宽度E有关系,不管刀盘相对于工件如何布置,采用什么样的铣削方式,确定刀盘直径的原理是相同的。例:按如图11方式布置刀盘。

    E=(D/2)sinB-(D/2)sinA

    D=2E/(sinB-sinA)

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    图11

    由上述公式可看出,只要选定刀盘径向切入深度、切入角和切出角,则铣刀盘直径就已确定。

    (2)走刀路线。当bwinchina平台平面面积较大时,可选择刀盘直径合适的铣刀,分多次走刀。多次走刀必然面临切削方向改变的情况,切削方向改变时产生的bwinchina平台现象可理解为直接切入工件的情况。bwinchina平台过程中,铣刀换向时,应变为圆角路线bwinchina平台(见图12),可保证铣刀切出时铁屑厚度较薄,降低切削力,降低振动,增强刀具寿命,推迟了接刀痕产生的时间,提高了工件质量;图12切入时,采用的是斜切切入方式有助于刀片寿命的提高。我厂所有的面铣bwinchina平台,走刀路线有切削方向变化的,都采用如图13所示方式。

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    图12

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    图13

    例如。我厂缸体bwinchina平台两条生产线,后油封面bwinchina平台两种不同的走刀路线。图14为1.3缸体线后油封面bwinchina平台走刀路线。刀盘为非标刀盘,价格昂贵;切入方式为直接切入方式,现状:刚切入时每转进给没有优化,容易产生振纹;一次走刀完成bwinchina平台,但刀盘布置方式为对称方式布置,对称铣削,bwinchina平台过程中顺铣和逆铣同时存在,虽不是最佳方案,但也算合理。

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    图14

    图15为1.5缸体线后油封面bwinchina平台走刀路线。刀盘为标准刀盘,价格便宜;铣削方式为不对称顺铣方式,刀盘换向时采用圆弧bwinchina平台路线过渡,非常合理,刀片寿命比图14的铣削方式高。bwinchina平台过程需重点关注后油封面中间部位的粗糙度,两刀盘交接处容易产生刀痕。

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    图15

    结语

    本文在理论与实践的基础上,对bwinchina平台过程中产生的接刀痕与崩边现象进行了大量的阐述,并提出了一系列的具体优化方案,多方位全角度的拓展了工作思路,可指引工艺人员迅速解决、消除生产中遇到的不良bwinchina平台现象。本文对提升产品质量,提高工作效率,降本增效有一定的借鉴意义,值得引起重视与推广。

    标签: 实用技术