HXD1C型電力機車配件銑削工藝改進

唐　岳（南車株洲電力機車有限公司,湖南 株洲 412000）

HXD1C型電力機車配件銑削工藝改進

唐岳
（南車株洲電力機車有限公司,湖南 株洲 412000）

文章通過對HXD1C型電力機車配件銑削工藝的改進，解決了機車板材構件加工效率低、成本高、易損耗設備的難題，提升了產品質量和加工效率。

銑削工藝；改進；電力機車車體配件加工

0　引言

HXD1C型電力機車為首款擁有自主知識產權的大功率機車，其車體及轉向架構架結構為焊接構件，為保證焊接質量的穩固與裝配合理，機車配件在焊接前常需要對配件進行坡口銑削或平面銑削。

電力機車車體的零配件往往為板料，且具有長、大、重等特點，使得機床銑削頭必須懸伸至機床最底端。這導致零配件在銑削加工時，具有加工余量大、切削力大、切削扭矩大等缺點，使該類零件加工效率低、質量不穩定。

1　機車車體產品銑削工藝性

1.1產品材質特性

HXD1C型機車配件主要采用16MnDR鋼材，屬于低合金鋼，種類分為兩種，一是鋼板厚度6~16mm,抗拉強度為490~620MPa,屈服點不小于315MPa,伸長率不小于21%，冷彎試驗d=2a,硬度HB約170；二是鋼板厚度16~36mm,抗拉強度為470~600MPa,屈服點不小于295MPa,伸長率不小于21%，冷彎試驗d=3a,硬度HB約170（由布氏硬度與材料抗拉強度（MPa）的近似關系：σb=3.62HB可得到此類鋼材硬度為170HB左右）。

1.2產品加工要求

機車車體產品具有長、大、重等特點，按照HXD1C型機車設計要求，產品公差執行ISO國際適中標準即ISO2768-mK,加工表面粗糙度為Ra12.5。

1.3產品工藝特點

HXD1C型機車車體配件多由板材焊接構成，板材高度低機床銑削頭必須懸伸至機床最底端。這使得該類機車零配件的銑削加工，具有加工余量大、切削力大、切削扭矩大等特點，對機床、刀具的磨耗程度高。通過以上分析可得知，該類零配件尺寸以去除材料為主；產品材質硬度較低、韌性較強；銑削頭懸伸長，扭矩較大、易振動，對機床、刀具磨耗程度高。

2　銑削工藝改進

2.1刀具刀片技術參數

影響銑削性能的最重要的參數是銑刀的主偏角Kr、前角γ、刀片槽型及刀片材質。

（1）銑刀主偏角Kr。銑刀的主偏角為切削刃與切削平面的夾角，主要影響切削力的分布。

45°主偏角的銑刀徑向切削力大幅度減小，約等于軸向切削力，切削載荷分布在較長的切削刃上，具有很好的抗振性，適用于鏜銑床主軸懸伸較長的加工場合。

（2）銑刀前角γ。銑刀的前角可分解為徑向前角γf和軸向前角γp。徑向前角γf主要影響切削功率，軸向前角γp則影響切屑的形成和軸向力的方向，當γp為正值時切屑即飛離加工面。

依據機車車體材料16MnDR特性，需選擇切削力較小、切削輕快的正前角刀具。

（3）銑刀片槽型。依據機車配件材料16MnDR硬度較低的特點，可選擇較鋒利的切削刃；又因加工量較大，需要同時兼顧切削刃的耐磨性和強度，M槽型合適。

（4）銑刀片材質。現代銑削加工多數采用硬質合金刀片，硬質合金種類繁多，且合金上可進行不同性能的涂層。不同的刀片材質及涂層材料，因其材料組成元素的差異，具有不同的機械性能。

刀片材質及表面涂層決定了刀片的耐磨性、抗沖擊等性能，其選擇需考慮加工材料、切削參數和現有工況。經反復分析與驗證，涂層銑刀片價格一般價格在100元/片以上，優選刀片材質，對加工成本意義重大。

2.2新型銑削刀具刀片改進

依據對刀具技術參數及產品工藝性的分析，我們優選大切深、正前角的刀具及槽型鋒利刀片。

（1）引入“衡量三刃成型刀”、“山高成型刀”、“鉆石立裝成型刀”等機夾式刀具，完全替代焊接刀，使得坡口加工效率成倍提升，成本大幅下降。

（2）引入主偏角為45°的正前角“山特45°面銑刀”，替代原主偏角75°負前角刀具，大大減少切削熱，使得平面銑削輕快，效率成倍提升。

（3）優選刀片。優選材質、槽型，從加工材料、切削參數和現有工況出發，選擇更適合的刀片材質。如：125面銑刀刀片先后使用R245-12T3M-PM4230等4種牌號的刀片，最后確認R245-12T3M-PM4240型刀片更適合低合金鋼銑削，較最初使用壽命提高40%~60%。用量由141片/季減少到81片/季，單此一項刀片年可結余24000元，降幅達43%。

2.3新型工裝設計應用

HXD1C型機車有許多板材類配件，板材銑削使得數控龍門銑床銑削頭必須懸伸至機床最底端。加之較的大切削余量，使得該類銑削加工具有切削扭矩大、切削力臂大等特點。數控機床因主軸懸伸過長，加工中易出現震顫及滑刀現象，嚴重影響機床精度及產品質量，或者影響加工效率。

解決主軸懸伸過長的問題，必須縮短銑削頭的懸伸。經仔細分析后，“上移”機床平臺成為一種有效的解決方法。綜合考慮機床承重能力、定位、裝夾等性能，最終設計出空心結構的升高平臺。

3　工藝改進效果

（1）切削效率。機加工效率提升至原來1.5倍左右。板厚t≥12的厚板坡口切削平均速度由500mm/min提高到800mm/min，t≤12的薄板坡口切削平均速度由650mm/min提高到950mm/min；

（2）消耗成本改善效果。消耗成本下降50%以上。板厚t≥12的厚板坡口加工，加工消耗成本下降37%；板厚t≤12薄板坡口加工，加工消耗成本下降85%。

（3）工裝平臺應用。依據機車零配件加工工況，我們設計的升高平臺減小了數控銑削頭的懸伸，提高了工藝系統剛性，消除了機床震顫及滑刀現象。據設備維修統計，使用升高平臺后機床故障率由上年度15~20次，降低到8~12次，故障率平均下降43%。（不同設備的故障率變化有所不同）

4　結束語

通過一系列的工藝改進，解決了HXD1C型機車配件加工難題，極大的提高了生產效率，降低了生產成本，保護了加工設備。同時，也積累了機車類配件產品銑削的工藝經驗，具有很好的指導意義和推廣價值。

[1]焦建民.切削手冊[S].北京:電子工業出版社,2007.

[2]楊叔子.機械加工工藝師手冊[S].北京:機械工業出版社,2001.

[3]楊黎明.機床夾具設計手冊[S].北京:國防工業出版社,1996.