可转位高效高精度曲轴铣刀在汽车发动机行业的应用

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2017-11-14
【摘要】: 曲轴是汽车发动机的重要部件,其加工所需的刀具一直是进口刀具占据主导地位

 

      曲轴是汽车发动机的重要部件,其加工所需的刀具一直是进口刀具占据主导地位。近年来,越来越多的客户需求推动实现进口刀具国产化,其中以加工汽车发动机上曲轴的可转位高效高精度硬质合金曲轴铣刀最为突出。

        铣刀类型及特点
 
      可转位高效高精度曲轴铣刀从刀具结构上可分为整体式曲轴铣刀和模块式曲轴铣刀;从刀具使用方法上可分为曲轴外铣刀和曲轴内铣刀。
 
       可转位高效高精度曲轴铣刀的特点为:①高的韧性及强度,可以进行高效铣削,并保证加工精度;②铣刀刀片采用切向安装,切削力方向硬质合金截面大,抗压力强度高,因而可实现大切深和大走刀量;③刀片采用切削力夹紧,随着切削力的增大,夹紧力也增大,省去了夹紧元件,设计时可将排屑槽增大;④刀片只用一个螺钉固定在刀槽上,结构简单,转位方便。
 
      整体式曲轴铣刀具有便于加工、精度易于保证等特点。但在使用过程中容易出现一些问题:一是   在加工过程中如果发生非正常损坏,整个铣刀就不能继续使用,导致铣刀报废;二是如果曲轴型线发生变化,需花费大量资金重新购置新的铣刀。而模块式曲轴铣刀可以弥补这些问题,它采用模块式结构,可更换不同规格的模块,得到不同型线尺寸的曲轴铣刀,拆卸方便,从而大大提高刀具的使用寿命,节约加工成本。但是,由于曲轴铣刀的整体精度要求较高,要使模块式曲轴铣刀的模块具有互换性,便大大增加了加工难度。
 
      设计过程
 
      铣刀设计
 
      以云南内燃机有限公司加工六缸发动机曲轴的连杆颈为例。模块式曲轴内铣刀(见图4)的设计关键是:由于铣刀直径大,既要保证被加工件的型线准确,又要保证高效铣削的同时排屑顺畅,铣刀装配后的精度、模块的互换性、同一本体可适用不同规格的模块等技术要求。所以合理排列刀片,提高铣刀本体的精度、模块的定位精度及刀槽的加工精度等是设计的难点。
 

       为了满足精度要求,设计方案确定为:铣刀选用合理的圆弧刃刀片及直刃刀片进行搭接,铣削连杆轴颈的有效齿由2个圆弧刃刀片和1个直刃刀片组成,铣削连杆颈轴台的有效齿由2个圆弧刃刀片组成
 
      运用I-DEAS9软件、AutoCAD2000、CAD/CAM进行实体造型及图纸一体化技术设计和编程。根据被加工曲轴工件材料为40Cr、硬度30HRC,选取铣刀的径向前角为-9°、轴向前角为-6°,铣刀直径为Φ530,模块数量为10个,每个模块安装5个刀片组成一组有效齿。刀片全部采用较厚的刀片,铣削连杆轴颈的边齿刀片数量增加1倍,以提高铣刀耐用度及加工表面质量。
 
     刀片错位可形成后角落差(即产生圆周上的后角),适合该铣刀的设计。按英格索尔MAX-I型可转位铣刀的结构刀片进行错位,形成落差。根据设计经验,推导出错位值的公式为
 

     曲轴铣刀加工时,径向进给,双边对称铣   削,被加工材料硬度高,毛坯余量大、不均匀,切削时抗力较大。因此,刀片交错排列,渐序切削。
 
      在生产中,使用数控加工中心、数控铣床、周边磨床及数控机床进行复杂刀具的加工,用投影仪等先进测量设备对产品进行跟踪检测,可保证产品质量。
 
      2.2   技术工艺
 
      铣刀工艺的确定首先考虑模块式结构的精度,必须保证模块的一致性合格,因此模块采用定位面磨削加工办法实现,其角度面在数控加工中心采用粗、精铣保证精度要求。
 
      刀体的加工。由于铣刀直径较大,刀体与刀片座的定位面为内孔端面(需磨削),因此采用加高内孔磨机床,实现了定位端面的磨削加工。
 刀体与机床连接的定位面采用圆台磨加工,实现端面的磨削加工。
 
      模块上刀片槽的加工。将模块(见图8)安装在工装上,使用数控加工中心进行模块刀片槽的加工。用内曲轴铣刀模块外铣的方法代替以前内曲轴铣刀模块内铣的方法,既保证了加工精度,又提高了加工效率。             
 
      铣刀的材料及热处理。铣刀刀体及模块均采用42CrMo,调质处理,硬度35-37HRC,提高机体的整体硬度,使铣刀的使用寿命得以提高。      
 
      铣刀的检测及工装。用投影仪和红宝石测头对产品进行跟踪检测,并制作部分工装。     
                                           
      制作出的铣刀型线公差为±0.03mm,径向圆跳动为0.05mm,端面圆跳动为0.04mm。在切削速度V=150m/min、进刀量s=200mm/min的切削条件下,使用正常。可见,设计的铣刀型线符合用户精度要求,提高了加工效率

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