挖掘機(jī)動(dòng)臂鏜孔參數(shù)優(yōu)化過(guò)程

■ 山重建機(jī)有限公司 （山東臨沂 276034） 劉啟鋒 張 洋

動(dòng)臂加工過(guò)程中，機(jī)動(dòng)時(shí)間是占加工成本最高的部分，決定機(jī)動(dòng)時(shí)間的主要參數(shù)是金屬去除率。由金屬去除率公式Q=vcapfn得知，切削深度ap、切削速度vc、切削進(jìn)給率fn三個(gè)因素決定機(jī)動(dòng)時(shí)間。動(dòng)臂加工一般是鏜孔工序最多，鏜孔的單邊余量留4mm，一般鏜孔需要粗鏜、半精鏜、精鏜三個(gè)工序。在切削深度ap已是定值的前提下，主要從切削速度vc、切削進(jìn)給率fn方面進(jìn)行改善（見(jiàn)圖1）。

在加工中心、工裝和刀具已經(jīng)優(yōu)化的前提下，主要優(yōu)化刀具的刀片。因加工精度和剛性的要求，刀片采用了山特維克可樂(lè)滿的三角形刀片。動(dòng)臂的加工材質(zhì)是35號(hào)鋼（鍛造調(diào)質(zhì)），這些鋼件具有良好的切削加工性，但其工藝性能因材料的碳含量、合金元素、熱處理、制造工藝（鍛造、軋制、鑄造等）和硬度等因素影響不同有很大的區(qū)別，因此必須了解切削材料的性能，

圖1 切削參數(shù)圖示

3 5號(hào)鋼含碳量0.3 2%～0.40%，不會(huì)增加粘結(jié)磨損，從而不會(huì)導(dǎo)致積屑瘤和不良斷屑，易產(chǎn)生較長(zhǎng)的切屑，需要鋒利的切削刃，因此選用刀片前角應(yīng)該使用正前角刀片。調(diào)制后硬度220～280HBS，切屑控制較容易，并且已知切削深度4mm屬于中等加工，刀片選用半精加工刀片（見(jiàn)圖2）。其他元素含量較小，加工特性影響較小，屬于良好切削狀態(tài)。

選擇正確的刀片尺寸、刀片形狀和槽形以及刀尖半徑，對(duì)獲得良好的切屑控制而言是非常重要的：①選擇盡可能大的刀尖角，以獲得更高的強(qiáng)度和加工經(jīng)濟(jì)性。②在滿足產(chǎn)品尺寸的要求下，選擇盡可能大的刀尖半徑，以獲得更高的刀片強(qiáng)度，一般尺寸要求R0.8mm。③如果存在導(dǎo)致振動(dòng)的趨勢(shì)，則請(qǐng)選擇較小的刀尖半徑。

圖2 PM半精加工刀片

經(jīng)過(guò)查詢切削參數(shù)，對(duì)其參數(shù)降低20%以后應(yīng)用于實(shí)際加工，出現(xiàn)切屑控制不好、振動(dòng)大、表面粗糙度不達(dá)標(biāo)等一系列問(wèn)題。針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題從如下幾個(gè)方面入手：

（1）切屑控制：長(zhǎng)并且不易折斷的扭結(jié)切屑纏繞刀具或工件，這通常是由于低進(jìn)給率、低和（或）淺的切削深度造成的（見(jiàn)圖3）。解決方法有：提高進(jìn)給率；選擇一種更合適的斷屑槽形；使用帶有高壓力冷卻液的刀具；增大切削深度或選擇更合適的斷屑槽形；選擇更小的刀尖半徑；選擇盡可能大的主偏角（Kr= 90°）的刀桿。

圖3 長(zhǎng)并且不易折斷的扭結(jié)切屑

太硬的斷屑通常使鐵屑非常短并粘在一起，硬斷屑通常導(dǎo)致刀具壽命降低或甚至因?yàn)榍邢魅猩咸叩那行驾d荷而導(dǎo)致刀片斷裂（見(jiàn)圖4）。解決方法有：選擇設(shè)計(jì)用于更高進(jìn)給率的槽形，優(yōu)先選用單面刀片；降低進(jìn)給率；選擇盡可能小的主偏角（Kr=45°～75°）的刀桿；選擇更大的刀尖半徑re>（2/3）ap。

（2）振動(dòng)解決：高徑向切削力歸因于刀具配備或刀具安裝造成的振動(dòng)或顫動(dòng)擦痕（見(jiàn)圖5），特別是對(duì)于使用鏜桿的內(nèi)圓加工。解決方法有：選擇盡可能大的主偏角（Kr= 90°）；選擇更小的刀尖半徑；選擇有薄涂層的材質(zhì)或無(wú)涂層的材質(zhì)；選擇更加耐磨的材質(zhì)或降低線速度。

高切向切削力歸因于刀片槽形導(dǎo)致高切削力，太困難的斷屑導(dǎo)致高切削力，因小切削深度導(dǎo)致變化或太低的切削力，刀具定位不正確等。解決方法：選擇正前角刀片槽形；降低進(jìn)給率或選擇用于更高進(jìn)給率的槽形；稍微增大切削深度，以便進(jìn)行刀片切削。

圖4 太硬的斷屑

圖5 高徑向切削力

（3）表面質(zhì)量不滿足要求：表面目視且手感均“毛糙”，不滿足公差要求；鐵屑因撞擊零件而折斷，并在已完工表面上留下痕跡；切削刃上過(guò)渡的溝槽磨損導(dǎo)致毛糙的表面；太高的進(jìn)給率結(jié)合太小的刀尖半徑加工出粗糙的表面。解決方法：選擇盡可能大的主偏角（Kr= 90°）；改變主偏角；減小切削深度；選擇有中性傾斜角的正前角刀具系統(tǒng)；選擇有更好抗氧化磨損能力的材質(zhì)；降低切削速度；選擇 wiper（修光刃）刀片或更大的刀尖半徑；降低進(jìn)給率。

運(yùn)用上述一系列措施，并經(jīng)過(guò)大量是現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，得出了圖6及下表所示優(yōu)化后的切削參數(shù)。

機(jī)動(dòng)時(shí)間由原來(lái)的36min降低到23min，并減少了因排屑問(wèn)題產(chǎn)生的刀具損壞和表面質(zhì)量不合格，提高了切削穩(wěn)定性，表面質(zhì)量也得到了穩(wěn)定。

圖 6

動(dòng)臂各加工位置切削參數(shù)表

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[1] 楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊(cè)（第二版）[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.