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深孔及超深孔加工工藝開發與推廣應用

2019-11-13 09:11:51 科技創新導報 2019年16期

高琦

摘? ?要:箱體類零件的深孔及超深孔加工一直是我公司機械加工工序的重點和難點,其加工精度直接影響發動機整體質量,且其加工時間的長短,直接影響整個公司生產節奏;并且直接影響整個公司的成本構成,本文提出以設計的鏟鉆刀具配以輔助排屑冷卻工裝并通過工藝試驗驗證了機體的深孔及超深孔加工工藝。解決了箱體類零件的深孔及超深孔加工問題,減少了設備投入成本,提高了加工效率。

關鍵詞:深孔加工? 鏟鉆? 推廣應用

中圖分類號:TG76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-098X(2019)06(a)-0101-03

1? 深孔及超深孔加工現狀

長期以來,各種機體的缸頭螺栓孔、主軸螺栓孔、橫拉螺孔的加工過程,由于機體鑄造時組織的不均勻,氣孔、夾砂等問題,鉆頭的磨損非常快,當遇到氣孔、夾砂鉆頭開始偏離中心,導致孔鉆偏,加工完的孔質量難以保證,一直是機體加工中的一個難題。更有甚者,如機體的主油道,一直是以鑄造成型的,孔內很容易有砂眼和鐵包砂現象,加之主油道孔長度很長,部分機型長接近4米,內部孔壁上砂粒難以清理干凈,機體使用一段時間后,內腔表面的鐵皮脫落,夾雜在鐵皮下的型砂流入機體內部,這樣裝機后往往機油系統會混入砂粒,加劇發動機各部分零件的磨損,對機體的性能影響巨大。為提高機體的缸頭螺栓孔、主軸螺栓孔、橫拉螺孔及超深孔加工質量,提高本企業在行業內的加工水平,將機體類產品的質量提升一個檔次,進而提升柴油機的制造水平和能力。選擇新的加工工藝方法及設備勢在必行。

但我們公司現有設備不能夠滿足加工要求,要用專業的設備或專用刀具才能達到加工要求,經過考察加工此類孔的專用設備,價格大約在500萬之上,制作設備的周期在一年以上,且制造廠家少,所以我們考慮現有加工設備+專用刀具+冷卻排屑系統改造來實現主油道等深孔加工。

2? 鏟鉆優勢

鏟鉆具有可更換刀片,具有麻花鉆的韌性,同時又具有和槍鉆、噴氣鉆的切削性能,其鉆桿的強度比其它鉆頭的強度高,可針對加工材料的特性選擇不同材料的刀片,特別是刀體和刀片分離,當刀片磨損后只需更換刀片而不換刀體,且刀片還可重磨,這些特點解決了機體鑄造時因組織的不均勻導致孔鉆偏,鉆頭經常壞在孔里的難題,鏟鉆使用內冷排屑系統更利于鐵屑排出,且精度等級為H8的孔一次鉆成,大大提高了加工效率,節約了成本。經過機體鉆橫拉孔的實驗,鉆孔的精度、粗糙度及加工效率都取得了好的效果。從工藝技術上為生產贏得時間,為產品帶來了穩定的質量,解決了工藝難題。由于鏟鉆具有以上所述優勢,我們設計了專用的鏟鉆刀具,并對其工藝性進行了驗證。

3? 工藝驗證

在組織實施過程中,對新工藝的驗證,是準確把握新工藝能在短時間內形成較大規模推廣應用的關鍵。

(1)機體橫拉孔實驗:根據車間現有機體橫拉孔直徑及深度,選擇一根直徑和長度合適的鉆桿,選擇適應各種機體橫拉孔直徑的刀片,加工不同的機體橫拉孔更換不同的刀片。現已普及到每臺機體的橫拉孔加工上。

(2)推廣及應用:在鉆桿上增加定位塊,并將其推廣到臺階深孔加工上,在鉆桿上增加刀座,并將其推廣到加工臺階孔和孔口倒角一次成形,典型案例是MAN系列新機型的試制和G32機體的加工。

用鏟鉆加工深孔,以MAN27/38為例:

MAN27/38缸頭螺栓孔的總深度為643mm,與缸面的垂直度要求高(0.1/1000),加之攻絲的部位又在孔的最下端,普通的刀具和工藝(即:鉆φ33通孔→擴φ42深565→擴螺紋孔部分至φ36.5→鉸螺紋部分底孔至φ37→攻絲M39x2→擴φ52→孔口倒角)其中,鉆底孔、擴螺紋孔、鉸螺紋孔、攻絲所使用的刀具均為非標刀具,長度L>650mm,在加工過程中極易偏斜,難達到加工要求,在過去的幾臺試制機體中缸頭螺栓孔均未達到要求。

最開始的加工方案為使用槍鉆鉆φ42深565,再用槍鉆鉆φ37深643,結果是孔的入口和出口的中心位置偏了1.5mm,此方案因未達到加工要求而放棄。

使用新的帶定位塊的鏟鉆后,加工過程為:鉆φ42深150引導孔→鉆φ42深565→鉆φ37通孔→攻絲M39x2→擴φ52→孔口倒角),新工藝中φ42臺階孔和φ37螺紋底孔都一次鉆成,使用的刀具為同一刀桿,只是刀片直徑不同,且刀具上有一段120長的定位塊,刀具不會因毛坯內小部分的疏松而產生偏斜,使得孔對缸面的垂直度得以保證。(此方案及刀具已經經過工藝試驗并達到理想效果)

實驗用刀具入如下圖所示:

在此基礎上,我們再次設計了用于主油道超深孔加工的道具并在三菱機體試制中順利完成工藝驗證,12缸三菱機體主油道孔長度3380mm,直徑Ф100mm,采用有效長度1700mm左右刀具,兩端對接加工。

按照實際轉速為123r/min(設定130r/min)實際進給為54mm/min(設定60mm/min)最佳,運動最平穩,切削穩定,單端鉆孔深度1700。鉆引導孔、換刀、鉆單邊?100孔深1700實際用時1.5h,全部鉆通總共用時約3小時。整個加工過程及最終結果都好于預期,孔內表面粗糙度在Ra6.3-Ra12.5之間,中間接刀出臺階小于1mm。

成果對公司經營發展、成本控制、質量控制等方面的影響:

(1)使用鏟鉆后,不僅生產效率大大提高,解決生產瓶頸問題,增強了公司的競爭力,加工成本和勞動強度也降低了不少,逐漸成為這類孔加工的主流。

(2)鏟鉆的使用改變了橫拉孔鉆偏的現象,提高了產品的質量,降低了廢品率。

(3)鏟鉆經過增加定位裝置改良后,解決了新產品的深孔加工的難題,使廣柴G32、MAN32/40、MAN27/38等幾項新產品得以成功試制,為公司做足了技術儲備。

(4) 鏟鉆經過進一步的改良設計,攻克了新產品MAN3240機體的H8精度的深孔的加工難題,使本車間的加工能力進一步提升,在業內得到好評。

(5)由于鏟鉆刀桿對應的刀片尺寸范圍大,且磨損后的刀片可重磨,這使得鏟鉆的使用空間還將擴展,成本也會隨著項目的推廣普及進一步降低。

(6)鏟鉆的引入對工藝調整、工藝改進、質量攻關等提供了更多的工藝選擇,合理組合工藝方案優化工藝起到助推作用。

4? 成果發展前景、經濟效益

傳統加工與改進后的加工時間對比:

鉆加工中常孔,以6L240機體鉆橫拉螺孔φ32為例,

以前:加工中心鉆中心孔(10min)——加工中心鉆φ30引導孔深100(30min)——鉆床鉆φ30通(60min)——鉆床擴φ32孔(30min)? ?總計:130min,不計中間搬運,安裝時間。粗糙度高于3.2,尺寸不均勻,偏差超過0.2,在裝配過程中經常因橫拉螺孔偏,螺桿裝不上,有鉗工用風砂輪、或再上機床糾偏,影響加工進度和造成很多實動工時產生。

現在:加工中心鉆中心孔(10min)——加工中心鉆φ32孔通(35min) 總計:45min? 無中間過程,粗糙度低于3.2,尺寸偏差不超過0.2。

年產機體保守按250臺計算:

原鉆孔產生工時:130*250/60=541(h)

使用鏟鉆孔產生工時:45*250/60=187(h)

可以看出僅6L240機體鉆橫拉螺栓孔便可以節約工時354h,其間接節約的水、電、氣、設備折舊等也是很可觀的。

鏟鉆系統的引入是新工藝開發與推廣應用的成果,新工藝推廣實施后,對機體深孔的加工質量和加工效率產生了積極深遠的影響,為今后YC320,YC210等新產品的研發、試制提供了有力的支持,對其他產品的深孔加工也有著借鑒意義,其所產生的產值是巨大的。

參考文獻

[1] 劉紅平.PLC在數控加工中心刀具庫選擇中的應用[J].裝備制造技術,2007(04):45-46.

[2] 劉紅平.PLC在數控加工中心刀具庫選擇中的應用[J].裝備制造技術,2007(04):45-46.

[3] 史勝祥,丁勝明.發動機深孔加工技術[J].世界制造技術與裝備市場,2017(02):108-110.

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