空心车轴错齿BTA深孔加工的切屑形态分析.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()空心车轴错齿B TA深孔加工的切屑形态分析薛军,谭东升,陈云平,刘智楠,于野(太原重工轨道交通设备有限公司,山西太原 )摘要:以D Z 材料T T A J 型动车车轴深孔加工为例,对错齿B T A深孔钻削技术进行了测试验证,对切屑进行了深入的分析,确定合理的切削参数,指导企业选择正确的深孔加工工艺,对企业正常运营生产及我国高速列车零部件国产化进程都具有一定的指导和创新意义.关键词:空心车轴;错齿B T A钻削系统;深孔加工;切屑形态中图分类号:T G 文献标识码:A收稿日期:;修订日期:作者简介:薛军(),男,山西天镇人,工程师,硕士,主要从事设备技术改造方面工作.引言依据中国铁路总公司 年发布的 时速 公里中国标准动车组暂行技术条件 和 动车组用D Z 车轴暂行技术条件 的规定,时速 公里的中国标准动车组将统一采用 mm内径的空心车轴.车轴材料采用钢代号为D Z、钢牌号为D Z C r N i M o的中国标准动车轴用材料,该材料具有较高的强度、韧性和抗疲劳强度.D Z 材料属于合金钢,在深孔钻削中多表现为断削困难、钻削力矩大、排屑困难等.某公司作为国内轨道交通车辆轮轴关键部件制造的龙头企业,在采用错齿B T A加工动车车轴通孔中出现了切削力矩变大、排屑困难等问题,对企业的生产产生了一定的影响.本文以孔径 mm、孔深 mm的动车车轴为研究对象,对其进行深孔钻削.通过对切屑形态的研究,确定合理的切削参数,为D Z 材料空心车轴高效、低成本钻削提供依据,并解决当前深孔加工中存在的问题.错齿B T A钻削系统B T A钻削系统是目前最常用的一种内排屑深孔钻,于 年由贝斯纳发明,年获得了欧洲B T A协会大力推广.图为B T A钻削系统结构原理图.高压力切削液通过机床中间输油器从刀杆外圆面与孔壁之间的空隙到达钻头进行冷却润滑,切屑随同切削液一起经过钻杆内孔最后从机床尾部出口排出.图B TA钻削系统结构原理图错齿型B T A钻头分为刀座、刀片和紧固元件三部分,刀座中空设置两个排屑孔,最前方边缘设置个刀片槽,分别安装边齿、中心齿和中间齿,边齿和中心齿的旋转轨迹与中间齿有一个重叠的区域.另外,刀座周围有两个导向条,用于钻孔时轴向导向,如图所示.图错齿B T A深孔钻头实物图设备及参数生产设备采用德国T B T深孔钻公司的车轴深孔专用钻床,型号为ML .该机床适用于动车车轴及各种阶梯轴的通孔加工,加工长度 mm mm,外 径 mm mm,钻 孔 直 径 mm mm.刀具采用B o t e k公司 的错齿B T A深孔钻,刀齿采用错齿B T A可转位硬质合金刀片.试验针对D Z 型中国标准动车组车轴,型号为T T A J ,外 径 mm,孔 径 mm,孔 深 mm,如图所示.切屑的形态切屑形状与切削参数、刀具尺寸相关,不同的切削条件切屑也会发生变化,钻削产生的切屑特征如下:()不同的切削参数及加工条件下,切屑就会产生不同形状,有长带状切屑、短带状切屑以及小“C”形切屑,如图所示.图动车车轴 D模型图D Z 车轴深孔钻削的切屑形状()错齿B T A钻头的边齿、中间齿到中心齿的切削速度逐渐变小,钻削中心的切削速度为零,导致切屑曲率半径逐渐变小,如图所示.图错齿B T A钻头三齿钻削的切屑形状切屑形态分析 切屑的量化数据本文通过应用切屑压缩率(C C R)、切屑断屑率(C B R)、容屑系数(R v)、切屑曲率半径K等切屑分析的指标体系,通过多次测试验证、数据分析等手段,反映出切屑的变形和断屑特征.()切屑压缩率(C C R)是指切屑的厚度与切削层厚度之比.图为切削速度和进给量对C C R的影响.由图可知:中间齿和中心齿受切削速度的影响比边齿小,随着切削速度的增加,三齿的C C R均降低,且速度放缓,当切削速度大于 m/m i n时,对C C R影响变小;进给量对边齿的C C R影响最小,对中心齿和中间齿的C C R影响基本相同,整体C C R随进给量增加而减小.由于边齿的切削速度最大,产生的切屑塑性变形是最小的.图切削速度和进给量对C C R的影响()切屑断屑率(C B R)是指切屑长度与变形前切削层公称切屑宽度的比值.切屑宽度与刀具有关,切屑长度与切削条件密切相关,切削速度对切屑长度影响小;切屑长度与进给量成反比例,进给量增大,切屑长度明显变小,最终三齿的切屑长度基本趋于一致,如图所示.图切削速度和进给量对C B R的影响()切屑容屑系数(Rv)是指切屑体积与被切除部分体积的比值.切削速度和进给量对Rv的影响如图所示.当切削速度增大时,更容易产生断屑,即切屑容屑系数减小,切屑由长带状转变为“C”型切屑.进给量较低时,切屑层厚度小,极易被高压力切削液冲断,形成短带状切屑,容屑系数也较低;当进给量增大到 mm/r时,切屑变厚,切削液不足以将其撞断,形成带状切屑,容屑系数增至最大;调大进给量时,切屑产生硬化,切削液很容易将切屑撞断,产生短小的“C”型屑,容屑系数逐渐减小.图切削速度和进给量对容屑系数Rv的影响()切屑曲率半径K是指切屑弯曲半径的导数.深孔加工产生螺旋切屑时,测量长度不方便,此时可通过测量个刀齿形成的切屑弯曲半径更容易分析.切削速度和进给量对切屑曲率半径K的影响如图所示.由图可知:个刀齿受切削速度和进给量的影响较一致,切削速度或进给量增加时,切屑的曲率半径也随着增大;个刀齿曲率半径差别明显,中心齿最大,边齿最小.图切削速度和进给量对切屑曲率半径K的影响(下转第 页)机 械 工 程 与 自 动 化 年第期HR C HR C 之间,满足渗碳淬火技术要求.表传统工艺与优化工艺表面硬度对比传统强扩比工艺优化后强扩比 工艺 mm试样 mm试样 mm试样 mm试样 mm试样 mm试样HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C HR C 结论通过对 C r N i M o 材质深渗层(m m m m)强扩比例的改进,在合适的碳势、温度、渗碳总时间前提下,将传统的渗碳法规定的强渗时间与扩散时间之比 优化为 ,对深渗层(mm mm)的强渗扩散工艺时间给出了指导参数,优化后的工艺使工件表面碳浓度梯度从大到小平缓过渡,渗碳淬火后的工件有足够的硬度、耐磨性及良好的疲劳性能,对今后的 C r N i M o 大型重载齿轮渗碳淬火的使用性能、弯曲强度以及接触 疲劳强度的 改善具有积 极的意义.参考文献:龙郑易,刘咏,贺跃辉,等渗碳时间对梯度硬质合金显微组织和抗弯强度的影响J中国有色金属学报,():刘少军,王培科齿轮渗碳碳化物级别偏高的原因分析及解决措施J金属加工(热加工),():热处理手册 编委会热处理手册M第版北京:机械工业出版社,S t u d yo nD e e pC a r b u r i z i n gP r o c e s so f C r N i M o G e a rZ H A N GY i k u n,WA N GP e n g y u,L I U W e i(S h a n x i I n s t i t u t eo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,J i n c h e n g ,C h i n a;T a i y u a nH e a v yI n d u s t r yC o,L t d,T a i y u a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ep r o b l e mo f e x c e s s i v e c a r b i d e i n C r N i M o d e e pc a r b u r i z i n gp r o c e s sw a s s t u d i e d T h e s t r o n g i n f i l t r a t i o na n dd i f f u s i o np r o c e s s i nt h ec a r b u r i z i n gp r o c e s s i so p t i m i z e d,t h ea p p r o p r i a t er a t i oo fs t r o n gi n f i l t r a t i o nt i m et od i f f u s i o nt i m e i sd e t e r m i n e d,a n dt h es t r o n gi n f i l t r a t i o na n dd i f f u s i o np r o c e s st i m eo ft h ed e e pc a r b u r i z e dl a y e r(mm mm)o f C r N i M o p r o d u c t si sd e t e r m i n e d T h em i c r o s t r u c t u r ea n ds u r f a c eh a r d n e s so ft h es a m p l e sw i t hd i f f e r e n ts t r e n g t h t o e x p a n s i o nr a t i ow e r et e s t e d T h ec a r b o nc o n t e n to f t h ed e e pc a r b u r i z e dl a y e rc h a n g e ss l o w l yf r o ml a r g et os m a l l,s ot h a tt h ec a r b u r i z i n ga n dq u e n c h i n gq u a l i t yh a ss u f f i c i e n th a r d n e s s,w e a r r e s i s t a n c ea n dg o o df a t i g u ep r o p e r t i e s K e y w o r d s:d e e pc a r b u r i z i n gp r o c e s s;g e a r;C r N i M o(上接第 页)切屑综合分析通过对上述指标的分析,确定了切屑形态的最佳研究指标,进而定量分析切屑形成过程.针对D Z 材料空心车轴和错齿B T A钻削系统,可调整机床的切削速度和进给量,分析切屑的各评价指标,选择最合理的切削条件.实际加工过程中,为了更好地排出切屑,可增大进给量而增加断屑效果,获得短小的“C”型切屑,顺畅排屑.B T A深孔钻削的切削条件应首先选取合理的切屑断屑率(C B R)指标,确定D Z 材料的深孔加工最合理的切削条件.实际应用中,切屑断屑率C B R 时,可获得短小的“C”形碎屑,断屑效果良好.某公司采用德国T B T ML 型深孔机床对孔径为 mm的D Z 型空心车轴进行加工,设置切削速度为 m/m i n,主轴旋转速率为 r/m i n,进给量为 mm/r,进给速度为 mm/m i n,切削液流量为 L/m i n时,深孔加工排屑顺畅,效果最佳.结语()通过对D Z 材料动车空心车轴的钻削测试得到的切屑进行分析,总结了深孔切屑的基本形态,建立了深孔切屑评价指标,并进行了定量分析.通过分析切削速度、进给量与各评价指标的相互关系,建立了深孔钻削的基本评价体系.()试验了D Z 材料动车空心车轴的最佳切削条件,并从切屑断屑率(C B R)等指标入手对其进行了分析.()测试了实际生产过程中与断屑有关的因素,总结了控制断屑形态的方法,并在应用中通过设置合理的机床工艺参数,获得了良好的“C”型切屑.参考文献:中国铁路总公司 T J/C L 动车组用D Z 车轴暂行技术条件S北京:中国铁路总公司办公厅,:聂兆云 B T A深孔钻削机理及试验研究D太原:中北大学,:黄晓斌 E A T车轴深孔钻削切屑形态及刀具磨损的研究D太原:中北大学,:C h i pM o r p h o l o g yA n a l y s i so fS t a g g e r e dT e e t hB T AD e e pH o l eM a c h i n i n go fH o l l o wA x l e sX U EJ u n,T A ND o n g s h e n g,C H E NY u n p i n g,L I UZ h i n a n,Y UY e(T a i y u a nH e a v yI n d u s t r yR a i l w a yT r a n s i tE q u i p m e n tC o,L t d,T a i y u a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T a k i n gt h ed e e ph o l e m a c h i n i n go fD Z m a t e r i a lT TA J EMU a x l ea sa ne x a m p l e,t h eB T A d e e ph o l ed r i l l i n gt e c h n o l o g yw i t hs t a g g e r e dt e e t hi st e s t e da n dv e r i f i e d,t h ec h i pi sa n a l y z e dd e e p l y,a n dt h er e a s o n a b l ec u t t i n gp a r a m e t e r sa r ed e t e r m i n e d G u i d i n g e n t e r p r i s e st oc h o o s et h ec o r r e c td e e p h o l ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g y h a sc e r t a i n g u i d a n c ea n di n n o v a t i v es i g n i f i c a n c e f o rt h en o r m a lo p e r a t i o na n dp r o d u c t i o no fe n t e r p r i s e sa n dt h el o c a l i z a t i o np r o c e s so fh i g h s p e e dt r a i np a r t si no u rc o u n t r y K e y w o r d s:h o l l o wa x l e;s t a g g e r e dt e e t hB TAd r i l l i n gs y s t e m;d e e ph o l em a c h i n i n g;c h i pf o r m a t i o n 年第期 机 械 工 程 与 自 动 化