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铁路行业零件的高效加工

时间:2012/1/30 15:01:40     企业:《机床商情》   【字体:↑大 ↓小

    

铁路正越来越被视为未来的主要运输方式,尤其是对中短途旅行而言。其部分原因在于环境保护,但也与高速列车的蓬勃发展有关。包括中国在内的多个国家拟在建数万公里的高速铁路和普通铁路。

铁轨及铁道车辆涉及到的零件异常繁多,而这种扩张则要求具备更高的效率才能满足相关零件制造行业的各种需求。满足合同要求的竞争力也是提高生产绩效的主要动因——而这大多可以通过最佳的加工方法予以实现。

铁道车辆用车轮

从机床或切削刀具的角度来看,铁道车辆用车轮属于加工密集型产品,并且同样也是应用开发的目标。铁路车轮重车涉及加工特种机械,需要经常保养维修。其中刀具选择与具体应用取决于待车削车轮的类型与车轮主要部分的情况。正如所有加工一样,机床功率对切削参数尤其会产生一些影响,而最大化切削深度可以缩短整体的切削时间。如果机床功率足够,车轮轮廓就能够通过一次走刀车削成型。否则,就必须分阶段加工才能获得所需的车轮轮廓和尺寸。尤其是所加工的车轮受摩擦力驱动时,同许多不落轮机床一样,车轮安置于铁路车辆上,因此可能需要多个阶段才能完成加工。根据加工类型和机床情况,具体应用的方法可以有很多种。

切屑控制应优先考虑,特别是在不落轮机床中空间受限时,为保持高生产效率以及避免车轮与刀具的潜在损坏风险,就更应如此。出于这个原因,切屑控制、刃线强度及平稳切削因素都应并入可转位刀片槽形的开发之中。为了获得理想的性能和更高的生产效率,刀片槽形与材质组合至关重要。

刀片固定在刀盒中,然后再安装到用于车轮重车的刀柄上,并且刀片往往保持切向进行切削。菱形CNMX刀片有左手型和右手型可供选择,适合合金钢的法兰仿形切削工序。在合理应用的情况下,这些刀具可加工很高的车轮圆度,并且在整个切削过程中,切屑控制良好。断屑性能取决于车轮材料质量、刀片主偏角以及所应用的切削速度。建议采用最佳的速度与进给组合,并沿着车轮轮廓的某个部分进行切削。

最近开发的19mm规格刀片定位于精加工工序,具有多种适合钢加工甚至部分淬硬材料加工的刀片材质可供选择。此类刀片安装在右手型或左手型刀盒中,所配备的刀垫不仅可保护刀柄和刀片座,而且有助于切削期间的热传递。其中刀盒通过极为可靠的常用锁紧机构牢牢固定到位。

对于这些工序,采用新一代硬质合金材质能够大幅提升性能和生产效率。各种材质的开发工作正在稳步进行中,以求为客户提供持续的改进。目前车轮磨损大多表现为一定程度的后刀面擦伤、后刀面涂层剥离或热裂纹,对于此类车轮,可采用通用刀片材质GC4215进行切削。如果车轮损伤较重,并且采用低速机床,那么就要求切削刃非常坚韧,此时可采用材质GC4225进行切削。如果车轮轮磨损并不严重,为了缩短加工时间,可采用材质GC3015并在应用更高的切削参数时进行切削;而对于损伤严重的车轮,则可使用材质SH在低切削速度下进行切削。

此外,对于制造新的铁路车轮,也有可供选择的解决方案。非标刀具解决方案充分利用了车轮设计、机床类型及切削工况。这些解决方案的大多数刀具元件均基于标准概念,但可以设计成可优化现有应用的各种组合。这些解决方案基于最灵活且最具刚性的模块化刀具夹紧系统可乐满Capto。该系统正在纳入制造高速铁路车轮的新机床生产线。

铣削壳体

在铁路行业内,涉及驱动与制动产品铸铁壳体的高精度精加工应用往往会导致切削期间零件不稳定,并且容易造成生产问题。以下为某公司的一个案例,该公司尽管采用了最先进的新式机床,但仍不能弥补不合适切削刀具的不足之处。工件不稳定和夹紧不牢固意味着切削力过大就会导致振动,这样就很难以达到严格的公差范围。

正如所有现代产品一样,减轻重量会影响到设计,而这也适用于铁路驱动装置之类的产品。就铸铁壳体而言,这会影响到生产期间的加工稳定性,因为壳壁较薄,而在结构上又要优先考虑其功能。

在这种情况下,该公司甚至对机床进行了改造,以提供更高的稳定性,并使其具有5-20件壳体批次所需的高生产能力与灵活性。但是,粗加工过的表面上过深的波痕会影响后续的精加工工序,通常需要多达6次不同的走刀才能获得某些尺寸所要求的0.05mm以内的小公差。该公司不得不将一些零件面精铣到0.02mm以内,以使某些壳体尺寸处于公差范围之内。其表面光洁度要求为Ra 3.2微米。由于在壳体生产中存在严重的时间/质量问题,因此机加工车间急需适合在高性能机床上精密加工不稳定壳体的现代切削刀具。

最终,该公司通过与山特维克可乐满的专家密切协作, 共同推出了新的非传统解决方案:直径为63mm的Century铣刀,配有H10硬质合金材质刀片。这种精加工铣刀专为面铣铝合金而开发,但也适用于铸铁加工。该刀具切削时振动极小,这样就能很轻松地达到0.02mm的小公差要求,并且可获得介于Ra 0.6-1.1微米之间的表面光洁度。

CoroMill Century 590面铣刀在加工铸铁外壳时表现非常出色——切削速度高至190m/min,进给1819mm/min,刀具寿命可达200分钟,采用一片Wiper(修光刃)刀片加工150分钟也可获得符合要求的表面光洁度。大多数壳体仅需一次精加工走刀完成,但对于较大的壳体,就需要进行两次走刀:第一次走刀时切削深度达0.05至0.10mm,第二次走刀则低至0 mm。第一次走刀将去除所有多余的波状轮廓,而第二次走刀则可确保公差处于0.02mm的范围之内,并且表面光洁度也保持在Ra 3.2微米之内。

应该认识到,切削刀具开发所蕴涵的潜力可以获得丰厚的回报。以往生产中遇到的严重困难,现在机加工车间已形成一套最佳的加工工艺,使得铁路产品的加工具有了生产周期短、质量一致性高、加工安全性高等优点。■


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