HXD1C型电力机车配件铣削工艺改进

唐　岳（南车株洲电力机车有限公司,湖南 株洲 412000）

HXD1C型电力机车配件铣削工艺改进

唐岳
（南车株洲电力机车有限公司,湖南 株洲 412000）

文章通过对HXD1C型电力机车配件铣削工艺的改进，解决了机车板材构件加工效率低、成本高、易损耗设备的难题，提升了产品质量和加工效率。

铣削工艺；改进；电力机车车体配件加工

0　引言

HXD1C型电力机车为首款拥有自主知识产权的大功率机车，其车体及转向架构架结构为焊接构件，为保证焊接质量的稳固与装配合理，机车配件在焊接前常需要对配件进行坡口铣削或平面铣削。

电力机车车体的零配件往往为板料，且具有长、大、重等特点，使得机床铣削头必须悬伸至机床最底端。这导致零配件在铣削加工时，具有加工余量大、切削力大、切削扭矩大等缺点，使该类零件加工效率低、质量不稳定。

1　机车车体产品铣削工艺性

1.1产品材质特性

HXD1C型机车配件主要采用16MnDR钢材，属于低合金钢，种类分为两种，一是钢板厚度6~16mm,抗拉强度为490~620MPa,屈服点不小于315MPa,伸长率不小于21%，冷弯试验d=2a,硬度HB约170；二是钢板厚度16~36mm,抗拉强度为470~600MPa,屈服点不小于295MPa,伸长率不小于21%，冷弯试验d=3a,硬度HB约170（由布氏硬度与材料抗拉强度（MPa）的近似关系：σb=3.62HB可得到此类钢材硬度为170HB左右）。

1.2产品加工要求

机车车体产品具有长、大、重等特点，按照HXD1C型机车设计要求，产品公差执行ISO国际适中标准即ISO2768-mK,加工表面粗糙度为Ra12.5。

1.3产品工艺特点

HXD1C型机车车体配件多由板材焊接构成，板材高度低机床铣削头必须悬伸至机床最底端。这使得该类机车零配件的铣削加工，具有加工余量大、切削力大、切削扭矩大等特点，对机床、刀具的磨耗程度高。通过以上分析可得知，该类零配件尺寸以去除材料为主；产品材质硬度较低、韧性较强；铣削头悬伸长，扭矩较大、易振动，对机床、刀具磨耗程度高。

2　铣削工艺改进

2.1刀具刀片技术参数

影响铣削性能的最重要的参数是铣刀的主偏角Kr、前角γ、刀片槽型及刀片材质。

（1）铣刀主偏角Kr。铣刀的主偏角为切削刃与切削平面的夹角，主要影响切削力的分布。

45°主偏角的铣刀径向切削力大幅度减小，约等于轴向切削力，切削载荷分布在较长的切削刃上，具有很好的抗振性，适用于镗铣床主轴悬伸较长的加工场合。

（2）铣刀前角γ。铣刀的前角可分解为径向前角γf和轴向前角γp。径向前角γf主要影响切削功率，轴向前角γp则影响切屑的形成和轴向力的方向，当γp为正值时切屑即飞离加工面。

依据机车车体材料16MnDR特性，需选择切削力较小、切削轻快的正前角刀具。

（3）铣刀片槽型。依据机车配件材料16MnDR硬度较低的特点，可选择较锋利的切削刃；又因加工量较大，需要同时兼顾切削刃的耐磨性和强度，M槽型合适。

（4）铣刀片材质。现代铣削加工多数采用硬质合金刀片，硬质合金种类繁多，且合金上可进行不同性能的涂层。不同的刀片材质及涂层材料，因其材料组成元素的差异，具有不同的机械性能。

刀片材质及表面涂层决定了刀片的耐磨性、抗冲击等性能，其选择需考虑加工材料、切削参数和现有工况。经反复分析与验证，涂层铣刀片价格一般价格在100元/片以上，优选刀片材质，对加工成本意义重大。

2.2新型铣削刀具刀片改进

依据对刀具技术参数及产品工艺性的分析，我们优选大切深、正前角的刀具及槽型锋利刀片。

（1）引入“衡量三刃成型刀”、“山高成型刀”、“钻石立装成型刀”等机夹式刀具，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）引入主偏角为45°的正前角“山特45°面铣刀”，替代原主偏角75°负前角刀具，大大减少切削热，使得平面铣削轻快，效率成倍提升。

（3）优选刀片。优选材质、槽型，从加工材料、切削参数和现有工况出发，选择更适合的刀片材质。如：125面铣刀刀片先后使用R245-12T3M-PM4230等4种牌号的刀片，最后确认R245-12T3M-PM4240型刀片更适合低合金钢铣削，较最初使用寿命提高40%~60%。用量由141片/季减少到81片/季，单此一项刀片年可结余24000元，降幅达43%。

2.3新型工装设计应用

HXD1C型机车有许多板材类配件，板材铣削使得数控龙门铣床铣削头必须悬伸至机床最底端。加之较的大切削余量，使得该类铣削加工具有切削扭矩大、切削力臂大等特点。数控机床因主轴悬伸过长，加工中易出现震颤及滑刀现象，严重影响机床精度及产品质量，或者影响加工效率。

解决主轴悬伸过长的问题，必须缩短铣削头的悬伸。经仔细分析后，“上移”机床平台成为一种有效的解决方法。综合考虑机床承重能力、定位、装夹等性能，最终设计出空心结构的升高平台。

3　工艺改进效果

（1）切削效率。机加工效率提升至原来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）工装平台应用。依据机车零配件加工工况，我们设计的升高平台减小了数控铣削头的悬伸，提高了工艺系统刚性，消除了机床震颤及滑刀现象。据设备维修统计，使用升高平台后机床故障率由上年度15~20次，降低到8~12次，故障率平均下降43%。（不同设备的故障率变化有所不同）

4　结束语

通过一系列的工艺改进，解决了HXD1C型机车配件加工难题，极大的提高了生产效率，降低了生产成本，保护了加工设备。同时，也积累了机车类配件产品铣削的工艺经验，具有很好的指导意义和推广价值。

[1]焦建民.切削手册[S].北京:电子工业出版社,2007.

[2]杨叔子.机械加工工艺师手册[S].北京:机械工业出版社,2001.

[3]杨黎明.机床夹具设计手册[S].北京:国防工业出版社,1996.