馬來(lái)西亞輕軌三號(hào)線構(gòu)架加工工藝優(yōu)化

聶希來(lái)

(中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的底架，是安裝車輛各種零部件的重要載體，承受和傳遞垂向力和水平力，是車輛的走行部。構(gòu)架加工質(zhì)量的優(yōu)劣會(huì)直接影響組裝到構(gòu)架上配件的裝配狀況及配件的使用壽命以及工程車輛的行駛狀況。然而，構(gòu)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工位置多，加工精度，質(zhì)量要求高。在部分工序中，并不只依靠機(jī)車來(lái)控制產(chǎn)品精度、質(zhì)量，往往還需要通過(guò)選擇合適的刀具、加工參數(shù)、加工工藝等多種措施保證產(chǎn)品質(zhì)量。本文對(duì)構(gòu)架加工中遇到的問(wèn)題，通過(guò)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)探討可行的加工方法，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，更好地提高生產(chǎn)效率。

1 構(gòu)架工藝難點(diǎn)

1.1 整體結(jié)構(gòu)特征

馬來(lái)西亞三號(hào)線整個(gè)構(gòu)架的梁體比較單薄且?guī)倍龋瑢?dǎo)致加工時(shí)的定位夾緊點(diǎn)比較難找。側(cè)梁主要由一系簧座、制動(dòng)器座、電機(jī)懸掛座、空氣簧導(dǎo)筒組成，中間橫梁為2根橫向管，主要包括齒輪箱安裝座、橫向止擋等。

1.2 一系簧座板U型槽加工現(xiàn)狀

馬來(lái)西亞輕軌三號(hào)線一系簧座板結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜(見圖1)，且構(gòu)架整體依靠一系簧座建立整體坐標(biāo)系，加工精度要求高。加工順序?yàn)椋恒娖矫妗奤型槽—銑半圓槽—銑沉臺(tái)。馬來(lái)西亞輕軌三號(hào)線構(gòu)架一系簧座板位置需要加工U型槽，槽型分為U型和半圓型2種。U型槽數(shù)量多加工難度大，一個(gè)構(gòu)架上一共需要加工56個(gè)U型槽，現(xiàn)加工方式為使用直徑12 mm波紋銑刀進(jìn)行仿型銑。在試制過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于波紋銑刀的特性，需要高轉(zhuǎn)速低進(jìn)給來(lái)進(jìn)行加工，非常容易崩刀(試制過(guò)程中加工一個(gè)構(gòu)架崩掉2把刀)，并且加工后的表面粗糙度達(dá)不到要求(見圖2)。其主要原因?yàn)樵摬坌蜑榘雸A開口槽，刀具加工至圓弧接口處切受力不均，且刀具加工轉(zhuǎn)速要求高。

圖1 一系簧座板結(jié)構(gòu)圖

圖2 試制中的加工情況

1.3 U型槽反面沉臺(tái)加工現(xiàn)狀

馬來(lái)西亞輕軌三號(hào)線一系簧座板背面的U型沉臺(tái)加工難度較高(見圖3)，由于該位置正面與機(jī)床附件存在干涉，所以只能在反面加工時(shí)采用刮、銑的加工方式?，F(xiàn)加工工藝為白鋼刀片反刮(見圖4)。由于該沉臺(tái)為U型沉臺(tái)要求深度較深(3±1 mm)且存在缺口，在進(jìn)行反刮的過(guò)程中刀片的受力不均，吃刀量大，加工效率極低且需要手動(dòng)控制。加工1個(gè)沉臺(tái)需要7～8 min，1個(gè)構(gòu)架有32個(gè)沉臺(tái)，耗時(shí)大概32×8 min=256 min。加工難度大，耗時(shí)長(zhǎng)，且刀具報(bào)廢率極高。一系簧座板孔為?13 mm，沉臺(tái)直徑為?25 mm，故要求刮刀桿直徑需小于?13 mm。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，由于反刮過(guò)程中刀片受力過(guò)大，刀桿晃動(dòng)嚴(yán)重容易崩斷。

圖3 U型槽結(jié)構(gòu)

圖4 白鋼刀片崩刃

1.4 制動(dòng)器座加工現(xiàn)狀

馬來(lái)西亞輕軌三號(hào)線構(gòu)架制動(dòng)器座位于構(gòu)架側(cè)梁的端部位置，需要進(jìn)行上、下端面的銑面、鉆16×?17 mm、側(cè)面鉆M12孔。端面的銑削加工量大，且平面4個(gè)凸臺(tái)均需要加工到，因此無(wú)法在制動(dòng)器上表面進(jìn)行壓活。若按以往加工工藝經(jīng)驗(yàn)，采用?160 mm面銑刀進(jìn)行加工，加工時(shí)易振刀，加工后表面粗糙度難以達(dá)到圖紙要求；且該位置加工量較大，加工時(shí)斷續(xù)切削，沖擊力較大，極易影響機(jī)床附件頭精度。

制動(dòng)器座深孔的加工同樣存在難點(diǎn)(見圖5、圖6)，16×?17 mm孔深長(zhǎng)達(dá)154 mm。普通高速鋼麻花鉆頭難以保證加工精度，鉆到中間位置時(shí)鉆頭容易偏移且鐵屑無(wú)法正常排出，容易擠壞鉆頭甚至影響機(jī)床附件頭。

圖5 制動(dòng)器座深孔尺寸

圖6 制動(dòng)器座結(jié)構(gòu)

2 工藝優(yōu)化及解決方案

2.1 整體的裝夾定位

由于馬來(lái)西亞三號(hào)線構(gòu)架設(shè)計(jì)較為特殊，側(cè)梁整體呈傾斜姿態(tài)，無(wú)論是壓緊或者是使用支撐頂支撐都難以找到合適的受力點(diǎn)，并且關(guān)鍵的加工部位如一系簧、制動(dòng)器座等都分布在側(cè)梁上。加工量大、加工位置多，刀具產(chǎn)生的切削抗力也會(huì)比較大，經(jīng)過(guò)綜合考慮與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中，最后采取的壓裝方式為6點(diǎn)定位壓法，分別將壓板壓在側(cè)梁4個(gè)一系簧座旁、齒輪箱吊掛座上端。將構(gòu)架校平校直后，防止壓緊時(shí)整體構(gòu)架產(chǎn)生壓裝變形的關(guān)鍵是構(gòu)架輔助支撐的位置安放。除了在壓板的下方放置外，在構(gòu)架的四角上的制動(dòng)器支座處打上圓頂支撐以及壓緊壓板保證構(gòu)架整體受力均勻。四周壓緊點(diǎn)預(yù)緊，查看構(gòu)架整體是否有偏移、變形等情況。采用對(duì)角擰緊的方式進(jìn)行最后的緊固，保證構(gòu)架在加工過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生位移、變形。

2.2 一系簧座板U型槽加工工藝優(yōu)化

通過(guò)分析加工材料與產(chǎn)品尺寸，構(gòu)架材質(zhì)為16 MnDR(低溫容器鋼)，強(qiáng)度高加工性能優(yōu)但整體硬度偏高，U型槽寬度為13 mm深度約為15 mm。波紋銑刀的材質(zhì)為硬質(zhì)合金鋼，且最小直徑為?12 mm，加工轉(zhuǎn)速需要達(dá)到1 000 r/min以上。如果按照實(shí)際加工深度15 mm，直接一刀銑到位的情況下，刀具刀刃全部吃刀且高轉(zhuǎn)速高進(jìn)給的情況下，刀具阻抗力過(guò)大，且一系簧座板結(jié)構(gòu)單薄容易震動(dòng)，十分容易崩刀。因此，修改程序改為兩刀銑出輪廓，第一刀Z方向7 mm下刀高轉(zhuǎn)速低進(jìn)給銑出?12 mm直槽，第二刀高轉(zhuǎn)速高進(jìn)給走U型槽輪廓線將?12 mm孔擴(kuò)成?13 mm，最后增加?12 mm立銑刀精銑走輪廓去除毛刺。從仿型銑改為?12 mm波紋銑刀粗銑毛坯—?12 mm波紋銑刀粗銑輪廓—?12 mm立銑刀精銑輪廓，加工后表面質(zhì)量及尺寸相比之前有了極大提升，同時(shí)2種加工方式的加工時(shí)間無(wú)大差異。

2.3 一系簧U型槽反面沉臺(tái)加工工藝優(yōu)化

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試制的情況來(lái)看，該位置正面內(nèi)側(cè)空間較小無(wú)法進(jìn)刀，所以只能選擇從反面下刀，反向進(jìn)行切削類似加工銑削T型槽。通過(guò)查找資料，需要選擇刀桿直徑小于?13 mm，且刀盤直徑為?25 mm的沉臺(tái)銑刀。沉臺(tái)銑刀受力穩(wěn)定切削效果好，加工效率高，使用沉臺(tái)銑刀能夠一刀銑到位。并且針對(duì)開口槽結(jié)構(gòu)適當(dāng)調(diào)低進(jìn)給量后，面銑刀切削受力均勻不會(huì)發(fā)生崩刃、燒刀等現(xiàn)象，極大地提升了一系簧座板反面沉臺(tái)的加工效率及穩(wěn)定性。改進(jìn)前、后的刀具如圖7、圖8所示。

圖7 刮刀

圖8 沉臺(tái)銑刀

2.4 制動(dòng)器座加工工藝優(yōu)化

首先是制動(dòng)器平面的銑削加工，從之前的分析可得，加工該部位的刀具?160 mm面銑刀應(yīng)改為?80 mm的面銑刀(見圖9)。小直徑的面銑刀可以保證加工時(shí)更好的穩(wěn)定性，減少刀具振刀情況。同時(shí)，采用高速分層銑削的方式進(jìn)行加工，由之前的“大吃深，小進(jìn)給”改為“小吃深，大進(jìn)給”粗加工方式，極大地降低了機(jī)床的負(fù)載，同時(shí)也保證了加工效率。

圖9 制動(dòng)器座加工方式改善

對(duì)于制動(dòng)器深孔的加工，改為先用?13 mm的小合金鉆鉆至80 mm深度，再使用?17 mm的麻花鉆進(jìn)行加工(見圖10)。首先小直徑的合金鉆頭可以保證孔的位置度準(zhǔn)確，其次先鉆的?13 mm孔可以幫助?17 mm麻花鉆后續(xù)鉆孔時(shí)排屑順暢，避免出現(xiàn)孔內(nèi)鐵屑擠壓刀刃的情況。保證該位置深孔的加工精度、質(zhì)量。

圖10 制動(dòng)器孔加工

3 實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)以上改善方案的實(shí)施，馬來(lái)西亞三號(hào)線構(gòu)架加工時(shí)間得到進(jìn)一步縮短，加工質(zhì)量更是有著顯著的提升。加工U型槽通過(guò)修改程序，將轉(zhuǎn)速提到1 000 r/min，進(jìn)給提到200 mm/min，每刀切深減少為7 mm，所有一系簧座板U型槽及缺口加工完所花時(shí)間僅40 min，增加的精銑程序保證了表面質(zhì)量與粗糙度。制動(dòng)器面、孔的加工方式改善了加工產(chǎn)品的尺寸精度，同時(shí)減少了對(duì)機(jī)床的損害。僅僅只是U型槽加工的一項(xiàng)改善，最終將加工時(shí)間縮短近2 h/架。加工U型槽反面的沉臺(tái)改用沉臺(tái)銑刀后，刀具成本降低約440元/架，加工效率提升400%，每年節(jié)約制造成本約8萬(wàn)余元。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、加工難點(diǎn)、及工具參數(shù)、走刀路徑等方面分析了馬來(lái)西亞三號(hào)線轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的加工工藝，并通過(guò)工藝優(yōu)化保證了構(gòu)架一系簧座U型槽、沉臺(tái)的加工質(zhì)量，大大提升了構(gòu)架加工效率并改善了構(gòu)架加工質(zhì)量，順利完成該項(xiàng)目構(gòu)架加工試制。