制動器活塞的先進車削工藝研究

楊大芳， 王裕喆

（第一拖拉機股份有限公司，河南洛陽471001）

制動器活塞的先進車削工藝研究

楊大芳， 王裕喆

（第一拖拉機股份有限公司，河南洛陽471001）

研究了制動器活塞的先進車削和滾壓工藝，以提高表面加工質量和加工效率，最終達到簡化工藝流程和降低加工成本的目的。

制動器活塞；表面質量；高速車削；滾壓工藝

0 引言

隨著刀具材料技術的發展，陶瓷、立方氮化硼、高速硬質合金刀片等適合高速切削的刀具材料被逐步推廣應用。與傳統車削工藝相比，采用新型刀具的高速切削工藝線速度能夠提高80%以上，有效地提高了零件的加工效率及表面加工質量。另外，使用滾壓刀具通過擠壓加工表面提高表面加工質量在國外也早已廣泛應用。

長期以來，我公司在高速車削領域及滾壓加工仍為一片空白，對于表面粗糙度小于Ra1.6的回轉形零件均采取傳統的磨削或拋光工藝。生產效率低下，工人作業環境差、勞動強度大，尤其是磨削工藝還存在著成本高、工裝復雜等問題。為此選用合適零件及刀具進行了高速切削工藝試驗，在保證零件表面加工質量的同時，能夠有效地降低工人勞動強度及加工成本，提高生產效率。

1 工藝技術方案討論

我公司鑄鐵材質的制動器活塞產量特別大，零件兩處外圓表面粗糙度要求均為Ra0.8，過去采用“粗車零件→半精車零件→磨削兩外圓→拋光倒角”工藝流程完成零件外圓的加工，外圓表面粗糙度不易保證，且存在工序繁瑣，質量受人為因素影響大，工人作業環境臟亂差，生產效率低下等問題。

因此，本文研究了制動器活塞的先進車削工藝，以提高加工質量及效率，簡化工藝流程，降低加工成本。

在制動器活塞加工時采用新型車削工藝直接車削完成該零件精加工，即采用合適的數控設備、工裝、刀具等在原有半精車工序后增加精車內容，取消原磨床加工工序，從而既可保證零件表面質量，有效地提高加工效率，又能減少使用加工設備，降低零件加工成本。因此，該技術的研究對有高表面質量要求的回轉類零件加工具有重要意義。

2 方案實施情況

2.1 工藝改進

通過學習新加工工藝技術并對制動器活塞進行工藝分析研究后，決定選用數控車床作為工藝研究加工設備，夾具仍使用原半精車卡盤，刀具采用高速切削的機加刀具或滾壓刀具。

所研究的零件制動器活塞如圖1所示。

零件材料為高強度鑄鐵，硬度為200～220HB。

原精加工工藝：磨外圓D1、D2、D3→車倒角、拋光。

新加工工藝：半精車外圓D1、D2、D3及倒角，留0.1 mm精車或滾壓余量→精車或滾壓外圓D1、D2、D3及倒角。

圖1 制動器活塞簡圖

2.2 精心選擇刀具

工步1采用一把半精車外圓車刀，工步2采用一把精車外圓車刀或外圓滾壓刀，精加工完成后，保證外圓尺寸及粗糙度要求。

1）采用高速車削工藝來完成精加工。在試切削中，多數刀具廠家的硬質合金刀片都能滿足產品質量要求，但各家刀片的使用壽命有很大差異。在批量生產試驗中發現伊斯卡公司和瓦爾特公司生產的硬質合金刀片具有較高的性價比，在保證我公司制動器活塞在材質、尺寸精度、表面加工質量等方面的技術要求下加工的零件數最多。

伊斯卡刀片特點是車削時采用獨特斷屑槽設計以及倒棱設計實現切削的加工方法，提高了加工表面的光潔度。新切削材質和新槽型的獨特組合幫助新一代可轉位刀片在車削時實現最高性能。在許多情況下，性能提高可達75%，這在很大程度上依靠耐磨氧化鋁涂層的最新優化微觀結構。對前刀面額外進行特殊后處理，使得在涂層中產生壓應力，從而可有效地防止刀刃斷裂。

瓦爾特刀片特點是刀片配備通用MK5槽型。MK5槽型的突出特點是開放式斷屑槽與穩定的倒角相組合，確保輕快切削，而且刀刃能承受斷續切削、鑄件砂皮或材料硬度的變換。材質為WKK10S的刀片是干式加工的首選，具有良好的耐磨性和較高的切削速度，特別適用于連續切削或輕微斷續切削。此外還可用于表面硬度在40～61HRC之間的滲碳鋼的軟硬加工。材質為WKK20S的刀片應用范圍廣泛，既可以用于干式加工，也可以用于濕式加工。在斷續切削、貫穿孔和鑄件砂皮切削中都有良好的表現。

圖2 使用先進刀片精車情況及車后效果

2）先采用高速車削工藝完成半精加工，再采用滾壓方式完成零件的精加工。在試切削中，滾壓切削參數的設置很重要，通過精心調整切削參數后，各刀具廠家的滾壓刀都能滿足零件加工質量要求。但在實際操作中需要反復試驗尋找到適合所加工材質的切削參數。

滾壓加工是將高硬度且光滑的滾柱與金屬表面滾壓接觸，使其表面層發生局部微量的塑性變形后得到改善表面粗糙度的一種塑性加工法。被滾壓加工的工件不僅表面粗糙度瞬間就可以達到Ry0.1～0.8，而且在加工面硬化后其耐磨性得到提高的同時，抗疲勞強度也增加了30%。

滾壓加工工藝參數的選取非常重要：滾壓余量的大小決定了所需滾壓力的大小，而滾壓力的大小又直接影響滾壓效果。如滾壓余量過大，滾壓刀會迅速磨損，導致工件表面質量下降；如滾壓余量過小，則達不到預期加工的目的。因此，應在保證滾壓精度的前提下盡量選擇最小滾壓余量。加工前應對相同材質、相同尺寸的試件進行試滾壓，以確定最佳滾壓參數。對于本文研究的活塞，當轉速為400 r/min、進給速度為0.1 mm/r、滾壓余量為0.05 mm，時滾壓效果最佳。

寧波市精恒凱翔滾壓刀具使用情況如圖3。

德國寶力士滾壓刀具使用情況如圖4。

通過各滾壓刀具的試驗得知，滾壓刀具使用壽命非常長，在大批量生產中具有很高的性價比。試驗中發現半精車加工表面質量越高，其滾壓后的表面質量越好。在實際生產中，通常前期在切削參數調整中會消耗大量的調整工時，但在刀具切削參數調整到最佳狀態后，將表現出較高的加工效率；由于滾壓刀的耐用度非常好，不必頻繁換刀片，因此在生產中表現出了較高加工效率和較低的使用成本。

圖3 寧波市精恒凱翔滾壓刀具使用情況

圖4 德國寶力士滾壓刀具使用情況

由于滾壓加工工藝可簡單地、低成本地進行零部件的精密加工，因此在以汽車產業為首的精密機械、化學、家電等產業得到了廣泛地應用，并在其產品設計和零件加工中發揮了很大的優勢。

總之，高速精車和滾壓這兩種精加工方法在保證高表面質量要求的前提下最優地簡化了工藝流程，使生產效率大大提高。同時，通過高速車削和滾壓相結合的方式能更好地減少刀具損耗，最終實現降低加工成本的目的，并為我公司類似回轉零件的精加工提供了更優的工藝解決方案。

3 工藝研究成果

項目實施后，我公司掌握了采用以高速車削保證零件表面質量的加工技術，并將其試用于制動器活塞批量加工生產當中，零件表面粗糙度達到Ra0.8。該項技術還可推廣應用至其他類似的盤類零件的加工中，從而將大大提高類似零件的加工效率，同時該加工方法可降低工人勞動強度，避免了使用磨床帶來的大投資，改善了磨削的臟亂環境，減少了現場操作工人。為新產品試制提供了多種加工方式，大大縮短了新產品研發周期。具體表現為加工時間縮短為原來的三分之一，生產效率提高了數倍，并且減少了使用磨床，節省了磨床運行維護成本及操作者的人工成本。通過項目的實施，為類似盤類零件的高表面質量要求提供了多種高效的工藝解決方案。

總之，通過探索研究先進刀片及滾壓刀具，為推動機械加工工藝技術的發展提供了有力的技術支撐。在實際應用中可通過改變切削參數、提升毛坯質量、引進先進刀具及改變加工工藝等方法來改進零件加工。這些方法為后續的機械加工工藝設計提供了高效的工藝解決方案。對提升我國加工工藝水平具有重要的意義。

（編輯：啟 迪）

TH 162

B

1002－2333（2014）04－0239－02

楊大芳（1982—），男，工程師，主要從事大馬力輪式拖拉機殼體類零件加工工藝研究。

2014-01-04