城軌車體（tǐ）薄壁鋁合金型材（cái）加工工藝
2013-5-6 來源：株（zhū）洲電力機車有（yǒu）限公司 作者（zhě）：王雪芳（fāng） 彭博
目前城軌鋁合金車體采用了許多鋁合金（jīn）蜂窩型材，各種不同截麵的型材通過加工、焊接形成整個車體承（chéng）載結構，這些型材都是車體（tǐ）結（jié）構的承載梁。
型材加工是車體（tǐ）製造工藝過程中的首道工序，加工的型材工件長（zhǎng）大（dà），加工量大，加工時間長，需用超大型加工設（shè）備。因（yīn）此型材加工往往是車體生產（chǎn）組織過（guò）程中的瓶頸。研究型材加工（gōng）工藝技術，解決型（xíng）材加工的（de）難點問題，對保證型材加（jiā）工質量，避免不必要的（de）損失，提高生產效率具有很重要的意義。
1. 型（xíng）材加（jiā）工工藝難點
幾種典型的型（xíng）材斷麵圖如圖1所示，型材長度與車體一般等長（zhǎng），一般為19～22m。單個（gè）筋板（bǎn）壁厚一般為3～2.5mm，因此剛性小，通（tōng）長範圍內扭曲、彎曲變形大，裝夾困難，加工時振動大，因此極易銑傷，造成產品（pǐn）質量不合格甚至（zhì）報廢。鋁合金車體（tǐ）型材加工工藝難點主要有兩個方（fāng）麵：一是如何設計合理的工裝並（bìng）合理布置；二（èr）是如（rú）何解決單個薄（báo）壁筋板的加工。
2. 工裝設計及布（bù）置
與一般小零件銑加工采用通用的機用虎鉗或壓板等夾具不同，邊梁和頂蓋邊梁A型車（chē）長22m，B型車也有19m，空調支撐（chēng）梁一般長度在4m多，加工時除需要大型的（de）加工設備（bèi）外還必（bì）須設計專用工裝來安裝固定（dìng）。
工裝設計關鍵是加工（gōng）工位以及工件、工裝的基準（zhǔn）確定。為了減少裝夾次數，保證加工精度及效（xiào）率，工（gōng）件的裝夾次數一定（dìng）要（yào）越少越好（hǎo）。一般邊梁和頂（dǐng）蓋邊梁為兩個工（gōng）位，這兩個工位的選取不能僅考慮加工的方便，還必須考（kǎo）慮工位（wèi）之間的轉換方便。
工裝基準要解決兩個問題，一是工件的安裝基準，二是工裝在設備上的基準（zhǔn）。
圖2為某種車型的邊梁（liáng）加工工裝，邊（biān）梁加工采（cǎi）用水平加（jiā）工位置，分正、反兩次裝夾完成。正裝工位選（xuǎn）擇麵積比較大，同時又將（jiāng）處於水平位置的邊（biān）梁內側麵作為安裝基準（Z向），上部頂點作為Y向（xiàng）定位，夾緊點選（xuǎn）擇強度比較高的（de）筋板（bǎn）結合部。
反裝工位選擇邊梁外表麵作為安裝基準（Z向），邊梁底麵作為Y向定位，夾緊點選擇靠近加工（gōng）區的位置，以保證加工時充分夾緊工件，減少振動。受設備Z向行程的限製，工裝不能太高，因此（cǐ）夾緊臂設（shè）計（jì）成彎曲臂，壓塊設計成（chéng）U形，分（fèn）別壓在兩塊筋板上。邊梁總長22m，鋁合金型材比較軟，容易變形，同（tóng）時筋（jīn）板薄，加工振動非常大，因此工裝采（cǎi）用單元模塊結構。整個邊梁采用15個兩種類型模（mó）塊（kuài）組成，成直線布置在工作台上，其中門框（kuàng）兩（liǎng）端各一個夾緊模塊（kuài），門框中間設（shè）一個支撐模塊。同時為了保（bǎo）證工件直線（xiàn）度，每個工裝模塊設計一個統一的安裝基準，采用定位鍵方式安裝在設（shè）備工作平台上。
3. 薄（báo）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（gù）溶（róng）強化並經過人工時（shí）效處理，極限強（qiáng）度（dù）達到（dào）255MPa以上。整體強度較高，比重輕，加工過程中（zhōng）經常（cháng）出現單個筋（jīn）板的加工（見圖3），這種加工因筋板壁（bì）厚小，一般為2～3mm，而且筋板位於蜂窩型材的中間，在筋板連接點（diǎn）被加工後，獨立的筋板（bǎn）剛性很低，此時加工振動非常大，常常伴隨出現筋板變形撕裂、刀片（piàn）碎裂的問題，如何解決這個問（wèn）題要從下列幾個方麵考慮。
（1）刀具選擇 鋁型材熔點低，加工時（shí）鋁屑在切削熱的作用下易粘接（jiē）在（zài）刀具或工件表麵，因此鋁型材加工采用高速銑削，一般機床轉速在8 000～10 000r/min，適當（dāng）的進給量，小（xiǎo）的徑向和軸向銑削深度。銑削時，大量的銑削熱被切屑帶走，因此，工件（jiàn）和刀具的（de）表麵溫度較低。但在高速加工範圍內，隨銑削速度的提高會（huì）加劇刀具的磨損。
鋁合金零件的高速加工對刀具（jù）有很高的要求，刀具在具有高性價比的同（tóng）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（dāo）具。為了滿足鋁型材粗加工和精加工的不同要求，刀具選型（xíng）需要（yào）考慮以下幾個方（fāng）麵：平（píng）穩的切削作用，良好的切屑形成，極高的材（cái）料去除率等。
我們通常使用山特維克可樂滿CoroMill刀具來加工鋁合金薄壁型材。首先這種刀片具有深的切削槽，降低了切（qiē）削力，優化了切（qiē）屑形（xíng）成和排除，使切屑飛出並遠離切削區和工件表麵。這種槽形（xíng）的刀與切（qiē）屑（xiè）接（jiē）觸麵更小，有更低的摩（mó）擦力和更平穩的（de）切削作（zuò）用，能采用更大的切（qiē）削（xuē）深度。其次這種刀片表麵經過優化的噴砂和磨削處理，能承受鋁合金加工時的切削應力，有效防止鋁合金粘接在刀片上。
另外采用了鋸齒形接口組成iLock刀片座，定位準確，可以防止刀（dāo）片出現任何的細微（wēi）移動。鋸齒形接口的精度確保了切削刃在刀具中處於正確的位（wèi）置，並使由刀（dāo）片尺寸誤差引起的刀具的徑向跳動量減少1/2。
在刀柄形（xíng）式的選擇（zé）上，由於我們的產品以中空型材居多，加工過程中容易產生振動（dòng），而且振動非常強烈，所以在（zài）加工中采用了側固式、Capto接口等形（xíng）式的刀（dāo）柄，避免了（le）刀具脫落的危險。
（2）切削參數 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（qǔ）加工參數，減少振動，保證軟筋板順利完整地加工完，同時（shí）兼顧效（xiào）率。
當銑刀的切削刃切入工（gōng）件（jiàn）時，猛然（rán）地撞（zhuàng）擊會引起刀具的振動，最初誘發的刀具振動（dòng）將改變後續的切屑厚度，隨後當（dāng）切（qiē）削力變化又反過來引起加工係統的振動加劇（jù）。切削力的方向和變（biàn）動幅（fú）度在很大程（chéng）度（dù）上決定了振動趨勢（shì），如果不加以抑製，切削力的（de）變化幅度就會增大，從而使切削後的（de）表麵（miàn）粗（cū）糙度值增大，甚至導（dǎo）致切（qiē）削刃和刀具損壞，此外還（hái）會對機床主軸產生不利影響。為此，必須在切削開始時就（jiù）抑製切削力劇烈的變動從（cóng）而抑製（zhì）振動趨勢。除采用防振刀具外，合適的切削參數是抑製顫（chàn）振的有效方（fāng）法。逆銑時刀具切入工件時，切削（xuē）厚度是從薄（báo）到厚的漸變過程，因此可以有效避免刀具對工件的猛烈撞（zhuàng）擊，可（kě）以有效避免（miǎn）刀具及工件筋板的顫振。
實際應用表明，合理的加工參數要（yào）根據加（jiā）工部位、裝夾情況、刀具情況等（děng）綜合考慮（lǜ）。加工（gōng）鋁合金（EN AW-6005A-T6）中空型（xíng）材（cái）通常銑削參數如附表所示。
（3）切削液的選擇 城軌（guǐ）車體製（zhì）造中型材是先（xiān）加工後焊接，加工後工件上不能有殘留的液體（tǐ），因此加工采（cǎi）用的（de）是油霧氣（qì）冷（lěng）卻方式。
高速（sù）加工產（chǎn）生大量的熱量（liàng），如果產生（shēng）的熱量不能及時地（dì）被切削液帶走，將會發生粘（zhān）刀現象，甚至出現積屑瘤，同時熱量也可使工件發（fā）生變形。
鋁合金型材切削液的選擇，必須保證良好的潤滑（huá）性、冷卻性、揮發性和防（fáng）鏽性（xìng），因此可用於鋁合金加工的切削液與（yǔ）普通（tōng）的乳（rǔ）化切削液有所不同，選擇一款合適的切削液是十分必要的。對於鋁合金型材加工應選擇低粘度易揮發的（de）切削液，如巴索（suǒ）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機床，尤其機床主軸的剛性要好（hǎo）。
（2) 鋁合金型材加工采用高速（sù）加工，因此需要選擇具有高速（sù）主軸、高速進給係統、高速控製係統的設備。
（3) 零件高速加工時噪聲非常高，且鋁（lǚ）屑量大、溫度高、速度快（kuài），因此操（cāo）作機床時，一定（dìng）要（yào）做好防護，注意安全，最（zuì）好配有相應的防（fáng）護設施。
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