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    縮短加工時(shí)間 效率提升達80%——山高刀具助力航發(fā)南方公司減速器生產(chǎn)工藝優(yōu)化
    2019-05-30 山高刀具(上海)有限公司<非官方>


    “做世界一流的中小航空發(fā)動(dòng)機供應商”——自1951年建廠(chǎng)成立近70年來(lái),懷抱著(zhù)這個(gè)夢(mèng)想與目標,中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)南方公司)始終堅持創(chuàng )新,不斷提升發(fā)展核心技術(shù)能力,現已形成航空發(fā)動(dòng)機研制、生產(chǎn)、修理、服務(wù)保障于一體的強大優(yōu)勢體系。南方公司作為行業(yè)內種類(lèi)最全、型號最多的航空發(fā)動(dòng)機企業(yè),擁有30多萬(wàn)平方米生產(chǎn)廠(chǎng)房及設施,配備近7000臺套領(lǐng)先設備;作為我國中小航空發(fā)動(dòng)機研制生產(chǎn)基地,具備了批產(chǎn)第三代和研制第四代中小型渦軸、渦槳航空發(fā)動(dòng)機的工藝與制造技術(shù)能力,部分核心零部件關(guān)鍵技術(shù)更是達到了世界先進(jìn)水平。

     

    精度高、材料與結構雙重難加工的特性,讓航空零部件的制造總是很難在品質(zhì)與效率間達到平衡。由此,工藝優(yōu)化、提速提效的生產(chǎn)改革一直在南方公司大范圍、持續性開(kāi)展。借助智能領(lǐng)先的設備與工具產(chǎn)品,來(lái)最大限度地解決加工效率低、精度不夠、生產(chǎn)環(huán)節不合理等問(wèn)題,效果明顯。曾采用傳統分層銑削方式進(jìn)行生產(chǎn)加工的減速器主要零件游星架的窗口結構正是南方公司工藝改革的典型實(shí)例。

     

      效率瓶頸,傳統加工方式急需改善


    游星架是減速器中的主要零件,其結構復雜,大小不一的內需鉆孔內要安裝齒輪軸等多個(gè)轉動(dòng)件。游星架底部圓柱形結構的外圍有4個(gè)窗口結構,需要從實(shí)體形式的毛坯件開(kāi)始掏空加工,不僅加工余量非常大,其對表面質(zhì)量的要求也十分嚴格。

      

    游星架幾何圖  

     

    2 分層銑削加工

     

    “在以往生產(chǎn)中,對于這個(gè)窗口結構,我們采用的是傳統的分層銑削加工形式。這種方法雖然加工穩定,表面質(zhì)量得以保證,但是效率相當低下?!蹦戏焦纠铍p全介紹說(shuō),“分層銑削每次加工最多只能深入2毫米,而游星架窗口結構的徑向需切削深度為70余毫米,要完成加工需要在徑向深度方向循環(huán)切削40次。每次循環(huán)中沿窗口銑削一周的時(shí)間是2分鐘,完成單個(gè)窗口加工就需要至少80分鐘?!?/span>

     

    另外,如此加工效率讓該零件占用設備的情況十分嚴重。車(chē)間經(jīng)常出現為了加工游星架這個(gè)零件,而導致其余需要上該設備的零件排隊積壓,對生產(chǎn)造成了很大影響。因此,急需對其進(jìn)行工藝改善和效率提升。

     

      工藝改善:整體銑刀 + 動(dòng)力銑削


    傳統分層銑削方式中采用的是切削刃有限的裝刀片式銑刀,每次徑向切削深度僅為2毫米,且無(wú)法增大,這也最直接地導致了切削次數和切削時(shí)間的增加。所以,首先考慮的就是如何加大徑向切削深度的問(wèn)題。

     



    3 分層銑削刀具(裝刀片式)

     

    在深入分析比較后,南方公司決定采用切削深度更大的整體玉米銑刀替換原有的刀片銑刀。同時(shí),零件窗口結構剛開(kāi)始是實(shí)體毛坯狀態(tài),整體玉米銑刀若要單次直接實(shí)現滿(mǎn)刃切削,則首先需要加工一個(gè)底孔讓刀具能夠伸入零件使切削刃整體接觸到加工面。效率更高、切削力更大的鉆削形式成了最佳選擇。由此,他們基本制定了先采用鉆頭加工底孔,再使用整體玉米銑刀進(jìn)行滿(mǎn)刃切削的加工方式。

     

    在解決了切削深度問(wèn)題,減少了循環(huán)切削次數后,南方公司的技術(shù)人員們又開(kāi)始考慮是否能通過(guò)加大進(jìn)給、切深、提高轉速等方式增大刀具切削力,從而減少循環(huán)中一周切削時(shí)間?!叭欢?,這種設想很快就被推翻了。采用整體刀具滿(mǎn)刃切削時(shí)的切削載荷較大,如果直接提高進(jìn)給、切深等加工參數,必然會(huì )導致刀具和工件之間的接觸時(shí)間長(cháng)、切削溫度升高,刀具難以承受則易造成打刀,進(jìn)而影響刀具使用壽命和加工質(zhì)量?!?/span> 李雙全繼續介紹說(shuō),“隨后,我們團隊又對編程方式進(jìn)行了反復的討論和探索,最終找到了能提高切削參數同時(shí)又能使刀具承受惡劣加工條件的切削方式——動(dòng)力銑削?!?/span>

     

    與傳統加工不同,在動(dòng)力銑削過(guò)程中銑刀是處于一邊自轉一邊公轉的狀態(tài),減少了接觸角和每轉切除量,從而降低了切削力和切削溫度,使刀具能適應更惡劣的切削要求;同時(shí),動(dòng)力銑削實(shí)現了將非連續加工變成連續加工,加工穩定性更高,因此加工轉速、切削等參數可繼續提高,從而實(shí)現大余量快速切削。


      優(yōu)質(zhì)刀具方案打造極致高效


    工藝方案確定后,接下來(lái)就是要尋找合適的刀具產(chǎn)品了。整個(gè)提效方案需要4把刀具,首先是用于窗口剛開(kāi)始加工時(shí)進(jìn)行鉆削加工,形成底孔的大直徑鉆頭;然后是快速銑削去除窗口余量和協(xié)助清除邊角殘留余量的玉米合金銑刀;以及最后用于窗口精加工,保證最后尺寸及表面質(zhì)量的精加工整體合金刀具。

     

    在了解對比了市場(chǎng)上多種刀具品牌后,南方公司最終選擇了擁有完整產(chǎn)品系列且對多種航空零件加工具備豐富經(jīng)驗的山高刀具。航空部件的精度要求十分嚴格并且材料成本非常高,生產(chǎn)過(guò)程中的可靠性、安全性至關(guān)重要,南方公司需要的是實(shí)力強大、品質(zhì)可靠的供應商。而山高刀具在航空制造領(lǐng)域一直備受好評,其技術(shù)團隊更有著(zhù)豐富的應用經(jīng)驗,在接觸之初便贏(yíng)得了南方公司的信任。

     

    針對鉆削工序,南方公司使用了山高刀具新型的 Perfomax 颶風(fēng)鉆,其優(yōu)化的排屑槽,可以實(shí)現最佳的切屑控制和排屑,從而有效提高鉆削參數,實(shí)現高效金屬去除效果,并延長(cháng)刀具使用壽命。排屑槽所采用的新型“減磨表面”的特殊波形盡可能減少了切屑和排屑槽之間的接觸,使刀具應用更為安全可靠。

     


    4  Perfomax 颶風(fēng)鉆

     

    “對于整個(gè)方案中最為核心的整體刀具銑削過(guò)程,我們制定了兩種刀具配合使用的方案。先使用長(cháng)度較短的玉米合金銑刀,采用動(dòng)力銑削方式,快速銑削去除窗口余量,然后用長(cháng)度稍長(cháng)的同款銑刀清除上款刀具未能去除的邊角殘留余量?!鄙礁叩毒吆娇蘸教鞈媒?jīng)理宋永輝對刀具方案進(jìn)行解釋說(shuō)明,“這兩款刀具是山高JABRO  JHP993系列,非常適合高效率金屬切削加工,它特有的分屑槽設計,即使在較大切削用量的情況下,也能有效控制切屑??尚纬煞浅P〉乃樾?,避免了切屑在型腔中難以排出而帶來(lái)的刀具折斷風(fēng)險。另外,該系列刀具采用超細粉末制成的基體,兼具硬度和韌性,配合多刃的設計,可實(shí)現更高的進(jìn)給速度,充分發(fā)揮了動(dòng)力銑削的優(yōu)勢?!?/span>

     

    山高的這兩款整體玉米合金銑刀將窗口結構初步加工完成只花費了短短10分鐘的時(shí)間,僅是原來(lái)分層銑削方式的1/8,大大超出了南方公司的預期,其加工效果令人驚喜。

     


    5 用于動(dòng)力銑削的玉米合金銑刀

     

    最后,是精加工階段。為了保證良好的表面質(zhì)量、平面度及垂直度,南方公司選擇了適合大切深、小切寬、側銑加工的522長(cháng)刃精銑刀,可以有效避免分層加工產(chǎn)生的接刀痕,實(shí)現優(yōu)質(zhì)的壁面光潔度?!霸摽畹毒咛赜械膸缀卧O計,還能夠在加工薄壁的情況下,完美解決由于材料剛性不足而產(chǎn)生的讓刀情況?!彼斡垒x補充說(shuō)道。

     


    6 山高 522 長(cháng)刃精銑刀確保了優(yōu)質(zhì)的壁面光潔度

     

    “通過(guò)采用整體合金銑刀進(jìn)行滿(mǎn)刃切削和動(dòng)力銑削編程方式的工藝,結合山高刀具高效優(yōu)質(zhì)的刀具方案,我們成功將游星架窗口結構的加工時(shí)間從原來(lái)的80分鐘縮短為1411秒,效率提升超過(guò)80%?!崩铍p全說(shuō)道,“這類(lèi)方法不僅僅優(yōu)化了一個(gè)零部件的加工,它在大余量切削、斷續切削等工藝領(lǐng)域都有著(zhù)很大的推廣價(jià)值和借鑒意義。在今后,我們還會(huì )將工藝優(yōu)化、效率提升應用到更多的零部件加工中?!?/span>

                                                  

    山高總部設在瑞典法格斯塔市,致力于開(kāi)發(fā)創(chuàng )新的金屬切削解決方案,并與客戶(hù)密切合作以全面理解和專(zhuān)注于滿(mǎn)足他們的需求,因此譽(yù)滿(mǎn)全球。我們在 50 個(gè)國家/地區雇用了 5000 多名員工,并通過(guò)培訓、發(fā)展和員工認同計劃以及開(kāi)放的溝通環(huán)境來(lái)提升我們團隊成員的能力。我們的員工展現了三個(gè)核心價(jià)值觀(guān)熱忱待客、家庭歸屬感和個(gè)人承諾,它定義了我們的經(jīng)營(yíng)之道以及我們與客戶(hù)、供應商和其他合作伙伴之間的交往方式。如需了解更多信息,請訪(fǎng)問(wèn) www.secotools.com。

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