城軌車體薄壁鋁（lǚ）合金型材（cái）加工工藝
2013-5-6 來源：株洲電力機車有限公司 作者：王雪芳 彭博
目前城軌（guǐ）鋁合金車體采用了許多鋁合（hé）金蜂窩型材，各種不同（tóng）截（jié）麵的型材通過（guò）加（jiā）工、焊接形（xíng）成整個車體承載結構，這些型材都是車體結構的承載梁。
型材加工是車體製造工藝（yì）過程中（zhōng）的首道（dào）工序，加工（gōng）的（de）型材工件長大，加工量大，加工時間長，需用超大型加工設備。因此型材加工往往是車（chē）體生產組織過程中的瓶頸。研究型材加工工藝技術，解決型材加工（gōng）的難點問題，對保證（zhèng）型材加工質量，避免不必要的損失（shī），提高生產效率具有很重（chóng）要的意義。
1. 型材加工工藝難點（diǎn）
幾種典型的型材斷麵圖如圖1所（suǒ）示，型材長（zhǎng）度與（yǔ）車體一般等長，一般為19～22m。單個筋板壁厚一般為3～2.5mm，因此剛性小，通長範圍內扭（niǔ）曲、彎曲變形大，裝夾（jiá）困難，加工時振動大（dà），因此（cǐ）極易銑傷，造成產品質量不合格甚至報廢。鋁（lǚ）合金車體型（xíng）材加工工藝（yì）難點（diǎn）主要有兩個方麵：一是如何設計合理的工裝並（bìng）合理布置；二是如何解決單個薄壁（bì）筋板的（de）加工。
2. 工裝設計及布置
與一般小（xiǎo）零件銑加工采用（yòng）通用的機用虎鉗或壓（yā）板等夾具不同，邊梁和頂蓋邊梁A型車長22m，B型（xíng）車也有19m，空調（diào）支撐梁一般長度在4m多，加工時除需要（yào）大型的加工設備外還必須設計專用工裝來安裝固定（dìng）。
工裝設計關鍵是加工工位（wèi）以及工件（jiàn）、工裝（zhuāng）的基準確定（dìng）。為了減少裝夾次數（shù），保證加工精度及效率，工件的裝夾次數一（yī）定要越（yuè）少越好。一般（bān）邊梁和頂蓋邊梁為兩個（gè）工位，這兩個工位的選取不能僅考（kǎo）慮加（jiā）工的方便，還必須考慮工位之間的轉（zhuǎn）換方便。
工裝基（jī）準要解決兩個問題（tí），一是工件的安裝基準，二是工裝在設備上的（de）基準。
圖（tú）2為某（mǒu）種車型的邊梁加工工裝，邊梁加工采用水平加工位置，分正、反兩（liǎng）次裝夾完（wán）成。正裝工位選擇麵積比較大（dà），同時又將處於水平位置的邊梁（liáng）內側麵作為安裝基準（Z向），上部頂點作為Y向定（dìng）位，夾緊點選擇強度（dù）比較高的筋板（bǎn）結合部（bù）。
反裝工位選擇（zé）邊梁（liáng）外表麵作為安裝基準（Z向），邊梁底（dǐ）麵作為Y向定位，夾（jiá）緊點選擇靠（kào）近加工區的位置，以保證（zhèng）加工時充分夾緊工件，減少振動。受設備Z向行程的（de）限製，工裝不能太高，因此夾緊臂設計成彎曲臂，壓塊設計成U形，分別壓在兩塊筋（jīn）板上（shàng）。邊梁總長22m，鋁合金型材（cái）比較軟，容易變形，同時筋板（bǎn）薄，加工振動非常大，因此工裝采用單元模塊結構。整個邊梁采用15個兩種類（lèi）型模塊組成，成直線布置（zhì）在（zài）工作台上，其中門框兩端（duān）各一個夾（jiá）緊模塊，門框中間設一個支撐模塊。同（tóng）時為了保證工件直線度，每個工（gōng）裝模（mó）塊（kuài）設計一個統一的安裝基準（zhǔn），采用定位鍵方式安裝在設備（bèi）工（gōng）作平台上。
3. 薄壁筋板的加工
城軌車體（tǐ）鋁合金型材一般采用鋁矽鎂合金6005A擠壓成形，采用固溶強化並經過人工時效處理，極（jí）限（xiàn）強度達到255MPa以上。整體強度（dù）較高，比重輕，加工過程中經常出現單個筋板的加工（見（jiàn）圖3），這種加工因筋板（bǎn）壁厚小，一般為2～3mm，而且筋板位於蜂（fēng）窩型材（cái）的中間，在筋板連（lián）接點被加工後，獨立的筋板剛性很低，此時加工（gōng）振動非常大，常常伴隨出現筋板變形撕（sī）裂、刀片碎裂（liè）的問題，如何解決這（zhè）個問題要從下列幾個方麵考慮。
（1）刀具（jù）選擇 鋁型（xíng）材熔（róng）點低，加工時鋁（lǚ）屑在切削熱的作用下易粘（zhān）接在刀具或工件表麵，因（yīn）此鋁型材（cái）加工采用高速銑削，一般機床轉速（sù）在8 000～10 000r/min，適當的進給量，小的徑向和軸向銑削深度。銑（xǐ）削時（shí），大量的（de）銑削熱被切（qiē）屑帶（dài）走，因此，工件和刀具的表麵溫度較（jiào）低。但在高速加工範圍內，隨銑削速度的提高（gāo）會加劇刀具的磨損。
鋁合金零件的高速加工（gōng）對刀具有很高的要求，刀具在具有高性價（jià）比的同時還必須滿足高質量加工的需求，一般采用整體硬質合金刀具。為了滿足鋁型材粗加工和精加工的不同要求，刀具選型需要考慮以下幾個方麵：平穩的切削作用，良好的切（qiē）屑形成，極高的材料去除率等。
我們通常使用山特維克可樂滿CoroMill刀具來加工鋁（lǚ）合（hé）金薄壁型材。首先這種刀片具有深的切削槽，降低了切削力，優化了切屑形成和排除，使切屑飛出（chū）並遠離切削區和工件表麵。這（zhè）種槽形的刀與切屑接觸麵更小，有更低的摩擦力（lì）和更平穩（wěn）的切削作用，能采用（yòng）更大的切削深度。其次這種刀片表麵經過優化的噴砂和磨（mó）削處理，能承受（shòu）鋁合金（jīn）加工時的切（qiē）削應力，有效防止鋁合金粘接在刀片上。
另外采用了鋸齒形接（jiē）口組成iLock刀片座，定位準確，可以防止刀片出現任何的細微移動。鋸齒形接口的精度確保（bǎo）了切削刃在刀具中處於正確的位置，並使由刀（dāo）片尺寸誤差引起（qǐ）的刀具的徑向（xiàng）跳動量（liàng）減少1/2。
在刀柄形（xíng）式的選擇上（shàng），由於我們的產品以中空型材居多，加工過程中容（róng）易產生振（zhèn）動，而且振動非（fēi）常強（qiáng）烈，所以在（zài）加工中采用了側固式（shì）、Capto接口等形式的刀柄，避免了刀具脫落的危險。
（2）切削參（cān）數 對壁厚為2.5mm，高度達50mm的單個筋板加工（gōng）更為關鍵的是要合理選取加工參（cān）數，減少振動，保證軟筋板順利完整地加工完，同時兼（jiān）顧效率。
當銑刀的切削刃切入工件時，猛然地撞擊會（huì）引起刀具的振動（dòng），最初誘發的刀具振動將改變後續（xù）的切屑厚度，隨後當切削力（lì）變化又反過來引起加工係統的振動加劇。切削力的方向和變動幅度在很大程（chéng）度上決定了振動（dòng）趨（qū）勢，如果不加以抑製，切（qiē）削力的（de）變（biàn）化幅度（dù）就會增大，從而使切削後的表（biǎo）麵粗糙度值增大，甚至導致切削刃和刀具（jù）損壞，此外還會對機（jī）床主軸產生不利影響。為此，必須在切削開始（shǐ）時就抑（yì）製切削力劇烈（liè）的變動從而抑製振動（dòng）趨勢。除（chú）采用防振刀具外，合適的切削參數是抑製顫振的有效方法。逆銑時刀具切入工件時，切削厚度是從薄到厚的漸變過程，因此可以有效避免刀具對工件的猛烈撞擊，可以有效避免刀具及工件筋板的顫振。
實際應用表明，合理的加工參數要根（gēn）據加（jiā）工部位、裝夾情況、刀具情況等（děng）綜合考慮。加（jiā）工鋁合金（EN AW-6005A-T6）中空型材通常（cháng）銑削參數如附表所示。
（3）切削液的選擇 城軌車體製造中型材是先（xiān）加工後焊接，加工後工件上（shàng）不能有殘留的液體，因（yīn）此（cǐ）加工采用的是油霧氣冷卻方（fāng）式。
高速加工產生大量的熱量（liàng），如果產（chǎn）生的熱量不能及時地（dì）被切削液帶走，將會發生粘刀現象，甚（shèn）至出（chū）現積屑（xiè）瘤，同時熱量也可使工件發（fā）生變形（xíng）。
鋁合金型材切削液（yè）的選擇，必須保證良好的潤滑性、冷卻性、揮發性和（hé）防鏽性，因此可用（yòng）於鋁合金加工的切削液與（yǔ）普通的（de）乳化切削液有所不同，選擇（zé）一款合適的切削液是十分必要的。對於鋁合金型材加（jiā）工應（yīng）選擇低粘度易揮（huī）發的切削液（yè），如巴索的切削液MK500和美孚維美EDM-3。
4. 結語
（1) 鋁合金車體型材加工時振動大，因此要選擇剛性較好的（de）機床，尤其機床主軸的剛性要好。
（2) 鋁合金型（xíng）材加工（gōng）采用高速加工，因此需要選擇具有高速主軸、高（gāo）速進給係統（tǒng）、高速控（kòng）製係統的（de）設備。
（3) 零件高速加（jiā）工時噪聲非常（cháng）高，且鋁屑量大（dà）、溫度高（gāo）、速度快，因此操作機床時，一（yī）定（dìng）要做好防護，注（zhù）意安全，最好配有相應（yīng）的防護設施（shī）。
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