剎車盤切削過程中振紋的分析及消除

周良

摘 要： 文章主要基于剎車盤行業(yè)車削工序中，加工表面出現(xiàn)振紋的現(xiàn)象進(jìn)行了研究及探討，并分析了多種消除切削振紋的方式的原理及操作方法，以及試驗后的實際效果。

關(guān)鍵詞： 剎車盤加工；車削；抑振

一、剎車盤加工簡介

機(jī)動車主要有盤式剎車和鼓式剎車兩種結(jié)構(gòu)，剎車盤便是盤式剎車的重要部件之一。

剎車盤材料以HT250為主，成品剎車盤大致要經(jīng)歷以下幾道工序：鑄造-車削-鉆孔-動平衡-清洗-終檢-打標(biāo)-包裝等。在機(jī)加工工序中，以車削工序最為關(guān)鍵。尺寸公差中關(guān)鍵的中孔（圖一基準(zhǔn)A）尺寸，安裝面（圖一基準(zhǔn)B）與制動面的平行度公差，兩制動面的平行度公差及等厚指標(biāo)（Disc Thickness Variation，簡稱DTV）均靠車削保證。除此之外，剎車盤面具有較高的表面粗糙度要求及外觀質(zhì)量。因此，剎車盤的車削工序必須保證加工穩(wěn)定性。

二、剎車盤車削工序中振紋成因分析

在實際加工過程中，經(jīng)常會面臨剎車盤的重要表面出現(xiàn)振紋，影響表面粗糙度與外觀質(zhì)量的情況，較為嚴(yán)重的振紋會直接導(dǎo)致剎車系統(tǒng)無法正常工作，影響汽車的整體性能。下面以剎車盤的兩個重要加工表面為例，分析振紋的形成原因。

（一）內(nèi)孔表面的振紋成因

內(nèi)孔表面的振紋主要來自于以下幾個方面：刀尖中心高與主軸中心高不一致，導(dǎo)致切削后角變大，剛性下降；內(nèi)孔深度較深，鏜桿本身發(fā)生振動；刀具選擇不當(dāng)造成的振動等。

（二）制動面的振紋成因

制動面的振紋主要來自于以下幾個方面：刀具布置帶來的受力不均；剎車盤為薄壁零件，裝卡厚度在5-8mm之間，本身剛性較差，易發(fā)生激振現(xiàn)象等。

三、振紋的消除

（一）內(nèi)孔表面的振紋消除

根據(jù)成因分析可知，部分內(nèi)孔的表面振紋來自于刀尖高度與主軸高度不一致導(dǎo)致，此時應(yīng)在壓刀螺栓未安裝的條件下，對刀尖高度進(jìn)行檢驗與調(diào)整，再安裝壓刀螺栓。首先利用卡尺或檢具，檢驗刀具安裝角度是否正確（可通過檢驗刀盤壓刀槽表面與刀桿安裝面的平行度等方式來檢驗），可使刀尖高度稍高于主軸高度（推薦值在0.05mm以內(nèi)）。刀尖高度的高于主軸高度的效果是刀具后角變小，切削刃強(qiáng)度增加，切削剛性增強(qiáng)。如通過以上方式仍無法找回合適的刀尖高度，則需要使用鏜具重新鏜削刀夾，獲得合適的刀尖高度。

對于內(nèi)孔深度較深的剎車盤，刀桿懸伸過長的不利切削狀態(tài)，也會造成振紋。此時應(yīng)考慮使用較粗的鏜桿進(jìn)行加工，一般推薦加工深度不應(yīng)超過鏜桿直徑的2-3倍。如有切削條件十分不利的零件，則須考慮設(shè)計特殊刀夾或使用特殊定制的抑振刀桿。

另外，刀片的壓緊形式以及刀尖圓角半徑也會對振動產(chǎn)生影響。根據(jù)剎車盤行業(yè)加工經(jīng)驗，推薦使用剛性夾緊的刀片壓緊形式和刀尖圓角半徑1.2mm的刀片進(jìn)行加工。

（二）制動面的振紋消除

根據(jù)成因分析可知，目前一些車床采用垂直刀具的布置結(jié)構(gòu)，此時如果選用相同的兩把刀具，刀具A與刀具B的主偏角可能會有所差別，在雙刀精車過程中，會存在受力不均的情況。因此，應(yīng)注意刀具的選擇與訂制，或根據(jù)實際情況對刀具的安裝進(jìn)行微調(diào)，增大切削的主偏角，對振動有一定的抑制效果，但須適度降低進(jìn)給以獲得良好的粗糙度。而如果車床使用平行刀具的布置結(jié)構(gòu)，則使用左右手對稱的刀具即可。

一些本身剛性較差的薄壁剎車盤，可對加工工藝進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，提高雙刀車削工步的零件剛性。如內(nèi)孔加工與制動面加工往往處于同一工序，此時可先對制動面進(jìn)行加工，再對內(nèi)孔進(jìn)行加工，切削效果有明顯提升。

同時，利用主軸變速功能抑制振動已經(jīng)在剎車盤切削加工領(lǐng)域達(dá)成廣泛共識。操作者用手撥動主軸倍率旋鈕可有效抑制切削振動。現(xiàn)在一些高檔數(shù)控機(jī)床已經(jīng)具備利用PLC參數(shù)及代碼實現(xiàn)主軸自變速功能，提高機(jī)床與行業(yè)用戶工藝的集成程度。以沈陽機(jī)床自主研發(fā)的i5數(shù)控系統(tǒng)為例，只要使用M142與M143代碼即可啟動與關(guān)閉主軸自變速功能。而對切削效果影響最大的轉(zhuǎn)速變動幅度a與轉(zhuǎn)速變動周期T均可在內(nèi)置PLC參數(shù)中進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)針對不同剎車盤均可獲得理想的抑振效果。

（三）部分實驗數(shù)據(jù)及效果

恒線速切削vc=800m/min，ap=0.3mm，f=0.2mm/min。刀具材料硬質(zhì)合金，對比裝卡壁厚為6mm與8.5mm下、以及有無主軸自變速功能條件下的切削振動效果。其中自動變速的最大的轉(zhuǎn)速變動幅度為±10%，轉(zhuǎn)速變動周期分別為300ms與150ms。

四、結(jié)論

剎車盤行業(yè)車削過程中，由于多種方面的原因，會產(chǎn)生振動。主要的振動出現(xiàn)在內(nèi)孔加工與制動面加工工步。內(nèi)孔加工的振紋可通過調(diào)節(jié)刀尖高度、增加鏜刀桿剛性及選用更合適的刀具消除；制動面加工的振紋可通過選用更合理的雙刀結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)刀具主偏角、優(yōu)化工藝改善切削剛性及采用主軸變速的方式消除。

參考文獻(xiàn)

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