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高速动车组铝合金长梁高速加工工艺

2016-05-13   《金属加工》单位:南车株洲电力机车有限公司作者:彭博


  1. 工件特点

  马来西亚动车组项目是公司的第一个米轨高速动车组项目,动车组对车体各项形位尺寸提出了很高的要求。为了满足产品要求,设计出了一种新型的顶盖长梁型材,这种长梁将受电弓梁和空调梁集合到一种型材上,减少了焊接结构,减少了焊接变形,有效地保证了车体内高等关键尺寸。然而铝合金梁形状复杂、尺寸超长, 属于较难加工的结构件,在加工中如果装夹不当,极易产生振动,不仅降低刀具的使用寿命和设备的加工精度,还可能造成产品报废。
  6005A铝合金作为工业生产中的主要原材料, 具有良好的抗腐蚀性以及可焊接性,氧化效果较好,广泛应用于轨道交通行业。同时,由于其韧性比较好,具有良好的切削性能,切削类型为连续带状,容易相互缠绕,若不及时清理则容易划伤工件表面和损伤刀具。材料在切削过程中表现为黏性大、切削加工摩擦大及切削温度高,且难以降低,容易形成积屑瘤,因此选择合理的切削参数显得尤为重要。
  2. 加工难点分析
  某铝合金长梁加工件如图1所示,型材长度达21 868mm,壁厚3mm,如此长、大且壁薄的型材刚性极差,并且工件形状复杂,对工装设计、如何控制加工中的振颤以及设计合理的加工工艺方案等提出了极大的考验。

图1 铝合金长梁加工图
  此长梁型材分别加工成如图1所示的3个不同截面,不同形状的截面所需加工的部位不同,壁厚3mm且悬伸超高的筋板在加工时的振动势必会很大,原加工工艺是将需要去除的部分全部采用铣削的方式去除。众所周知,加工时的振动对刀具、机床和工件的影响非常大,最常见的就是铝合金型材出现振动开裂现象,从而造成产品报废,因此,如何抑制加工时的振动同样也是一个很难的课题。
  3. 工装设计
  首先从分析加工特征、型材结构入手。如图2所示,利用公司主流的三维设计软件NX7.5设计了一套长梁专用加工工装,将工装设计成利用型材本身的两个面作为Y向的定位面,这样无需设计Y向推块,工装制作成本有效降低,同时可以有效减少工装装夹时间。同时采用三维工装设计,这样在设计之初可以论证各零部件的可组装性和工装设计的可行性。此类设计方式在公司已经全面推开,应用成果受到极大的好评。

图2 加工工装三维图
  加工示意图如图3所示,工件装夹非常牢靠,定位准确。右边是型材加工的第一个工位,左边是第二个工位。首先加工空调板悬挂位置,从图3可以看出,此时的工件装夹恰到好处,定位准确,根据不同种类的长梁产品加工不同的位置。第二工位主要加工受电弓板悬挂位置,由于空调板悬挂位置在第一工位加工掉大部分,此工位主要以长梁本身的斜面进行定位,而此处的支撑主要考虑的是工件吊装和夹紧时的工件稳固,如果此位置不加以支撑,工件在此工位吊装时会发生倾倒。

图3 加工示意图
  4. 加工工艺分析
  由图3可以清晰地看到工件加工工艺的改进。改进后的加工是采取铣刀和锯盘整体加工落料的方式进行的。首先,在右边第一工位上用φ 500mm的锯盘把大部分毛坯锯切下来,然后采用铣刀精加工的方式,有效避免了粗加工铣削的刚性不足;然后,在第二工位时选用一个长柄的φ 32mm可转位立铣刀进行整体落料加工,利用五轴数控机床可以轻松转到所需位置进行铣削,越靠近装夹定位点,刚性越好,从而振动越小。改进后的切削方式恰好满足了这一要求,从而有效避免了加工时的振动,保证了产品质量。
  5. 工艺改进后降成本时间核算
  铝合金长梁原加工工艺及工艺改进后单件产品的加工时间计算分别如表1、表2所示。工艺改善后,单件产品在铝合金高速加工机所节省的时间为493.7-118.9=374.9(min),约6.2h。铝合金高速加工机的工时费用很高,因此加工效率的提升为公司节省下一笔巨大的加工费用。同时,合理的工装设计和加工工艺方案的制定避免了工件的振颤,有效地保证了产品的加工质量。


关键词:动车组,铝合金,长梁,加工件, | 作者 :

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