孫建輝
北京現(xiàn)代汽車有限公司 北京市 101300
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(tái),每臺(tái)加工中心使用6把鉆頭參與加工。加工時(shí),采用機(jī)械手自動(dòng)上下料,A軸和B軸聯(lián)動(dòng)確定工件裝夾姿態(tài);采用MQL微量潤(rùn)滑技術(shù)和常規(guī)外冷技術(shù)結(jié)合,確保加工時(shí)刀具的穩(wěn)定性。曲軸斜油孔長(zhǎng)徑比為18,屬于極難加工。
對(duì)斜油孔加工過程進(jìn)行分析,斜油孔加工分為三個(gè)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
由于曲軸斜油孔長(zhǎng)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(jì)了6月份1個(gè)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(jì)中,斜油孔加工產(chǎn)生的異常占到50%以上,這對(duì)生產(chǎn)效率和成本以及不良品指標(biāo)控制產(chǎn)生了較大負(fù)面影響,見圖1。
存在三個(gè)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(shí)麻花鉆受車不均勻,鉆頭發(fā)生偏移;
麻花鉆貫穿斜油孔時(shí)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(tái)時(shí)產(chǎn)生的凸起對(duì)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?yàn)槭艿搅酥鬏S和工件的彎曲應(yīng)力超出了極限而發(fā)生斷裂。
通過對(duì)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(diǎn)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(shí)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
通過對(duì)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(jiǎn)為2步加工,并修改了相應(yīng)加工程序,見圖5。
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(hù)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(kuò)散與氧反應(yīng)生成了一種致密完整連續(xù)的 Al2O3 保護(hù)膜,這層保護(hù)膜對(duì)涂層的氧化作用起阻礙作用,從而阻止了涂層的進(jìn)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。
4.1.1 生產(chǎn)性提高
通過將斜油孔的加工步驟從3步加工精簡(jiǎn)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(shí)間,從而減少了總加工時(shí)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(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工廠的曲軸生產(chǎn)線;推進(jìn)改善的過程提高了員工的積極性,團(tuán)隊(duì)的每位成員通過深入研究、商討和反復(fù)測(cè)試,為改進(jìn)工藝和降低成本作出了努力。
圖6
連續(xù)切削時(shí)不同涂層的磨損量變化比較
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(tái)月均節(jié)儉20250.00元,綜合計(jì)算月均節(jié)儉金額為70861.55元。
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。