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铝合金加工小结
铝合金加工小结
1项目实施
前期准备
方案策划
概述
在2004年铁道部关于200EMU项目招标采购工作中,我公司一举中标,取得三包六十列,共480辆的定单。
此项目与川崎合作完成。
200EMU是在川崎2000年生产的E2-1000系动车组的基础上略加改动完成的,车体结构主要采用铝合金材料。
铝合金车体的制造在我公司尚属第一次,为能顺利完成200EMU车体的技术准备及试制,工艺部门参考E2-1000原型车,编制了200EMU车体工艺方案,使200EMU车体生产的工艺准备工作全面启动起来,在200EMU产品图纸设计完成以后,又下达了200EMU车体补充工艺方案。
车体结构及主要技术参数
200EMU为动力分散交流传动式,每列由4辆动车和4辆拖车组成,可以单列运行,也可以两列联挂运行,每列载客人数:
两列联挂时1220人,单列610人。
编组情况如下:
四方编号:
T1+M1+M2+T2+T3+M3+M4+T4
川崎编号:
T1c+M2+M1+T2+T1k+M2+M1s+T2c
生产顺序:
⑧⑦⑥⑤①④③②
一名端朝东
车体结构特点
①车体结构是由底架、侧墙、车顶、端墙、司机室等各大部件组成的整体承载焊接结构;车体可分为头车车体和中间车体两种形式;两头车车体结构大体相同,各中间车体结构也大致相同,都采用大型中空铝合金挤压型材焊接而成;一列车具体分为七种不同车体结构,其中②号车与⑥号车车体结构大体相同。
②底架为框架结构,上面铺设地板,底架横梁材质为A7N01S-T5,底架边梁、底架地板材质为A6N01S-T5,两种材料均为热处置强化铝合金;
③侧墙为双面挤压型材,材质为A6N01S-T5;
④车顶为双面挤压型材,材质为A6N01S-T5;
⑤端墙为板梁结构,外板材质为A5083P-O,梁柱材质为A6N01S-T五、A7N01S-T5两种;
⑥司机室为板梁结构,外板为A5083P-O,板梁为A5083P-O,A7N01S-T5
定置及运输
铝合金车体的下料、加工原则上封锁在2号、3号厂房内;铝合金车体底架、端部底架、侧墙、车顶、端墙、总组装封锁在5号、6号厂房内;司机室外板成型、司机室组焊在4号厂房内。
厂房整体布置如下图。
加工班组列表:
序号
班组名称
设备名称
作业内容
车间胎位编号
1
备料班10
开卷机
不锈钢钢板开卷
101
2
激光切割机
激光切割
102
3
数控剪机6*4000
剪切
103
4
平板机
钢板、铝板校平、校直
104
5
数控转塔冲床
数控冲切
105
6
100T冲床
模具冲切、成型
106
7
摇臂钻床Z35
钻孔
107
8
攻丝机
攻丝
108
9
卷压班11
40T折弯机
折弯成型
111
10
320T折弯机
折弯成型
112
11
500T折弯机
折弯成型
113
12
100T油压机
压型
114
13
双向压力机
模具成型
115
14
数控卷床
卷压成型
116
15
立式锯床
锯切
117
16
200T油压机
模具成型
118
17
弯梁班12
锤压机
锤压成型
121
18
数控拉弯机
弯梁拉弯
122
19
弯梁冲孔切头胎位
弯梁冲孔、切头
123
20
弯梁调修胎位
弯梁调修
124
21
手弯班13
手工弯曲成型
130
序号
班组名称
设备名称
作业内容
车间胎位编号
1
板材成型班20
3M数控剪板机
铝合金板材切断
201
2
直角剪板机
铝合金板材切断
202
3
倒角机
薄板开坡口
203
4
钻床
钻孔加工
204
5
锤压机
特殊锤压成型
205
6
锯切班21
圆锯
型材、板材切断
211
7
数控圆锯
型材、板材切断
212
8
带锯机
型材、板材切断
213
9
加工中心22
立式数控加工中心
小件加工
221
10
多工序数控加工中心
中长度工件加工
222
11
3M×8M数控加工中心
中长度工件加工
223
12
27M数控加工中心
通长型材加工
224
13
60M数控加工中心
侧墙整体加工
225
14
手工加工23
手工加工坡口、打磨等
230
班组大体配置
序号
名称
备注
1
固定料架
用于小件材料存放
2
托盘料架
用于长大型材的存放
3
悬臂料架
用于中长度型材的存放
4
工具柜
各种工具存放
5
资料柜
各种工艺文件、检验文件、通知等存放
6
固定白板
班组平面布置、班组管理信息
7
翻转白板
图纸张贴、文件资料的学习
8
钢丝绳、吊带存放架
用于钢丝绳、吊带等的存放
9
垃圾箱
生活垃圾的存放
10
铝屑箱
用于可回收铝屑的存放
运输方式
◆5号、6号厂房之间的大部件运输通过两厂房之间的横向通道采用电动平车运输。
◆二、3号、4号厂房之间利用两厂房之间的横向通道采用电动平车或叉车运输。
◆4号、6号厂房之间采用胶轮运输车运输。
◆3号、5号厂房之间和3号、6号之间采用胶轮运输车或叉车运输。
◆同一厂房内零件、部件通过天车、天地轨、部件运输小车或叉车运输。
◆车体完工后通过车体运输车运往客车卸车胎位
加工工艺周期
铝合金车体试制进程中涉及设计验证和工艺验证,各大部件首件需进行鉴定,因此试制周期较批量生产周期长三天,详细见下表:
车型
头车
中间车辆
施工内容
施工单位
试制周期(天)
批量生产周期(天)
施工单位
试制周期(天)
批量生产周期(天)
车体下料、加工
T
25
22
T
23
22
技术转让(包括资料的提交、接收、转化、技术服务、川崎培训等)
加工工艺布局
川崎的加工厂房平面布置图
川崎的加工设备性能及加工工件
◆双头27M龙门铣床:
设备有两个铣头,可加工对称工件,不能加工相同工件。
车体中的底架边梁和侧墙通长板大多为对称件,所以,该设备大大提高了生产效率。
工作台由两部份组成,单面宽约1M,中间有的隔离带,隔离带中间有铝屑吸收装置。
设备具有两个刀库,利用BT40刀柄,主轴功率为。
主要用于加工车体钢结构中的通长板,如:
底架边梁、顶棚通长板、侧墙通长板等。
当设备加工能力不满时,川崎也用于中长度型材的加工,因设备功率较小,工作台较窄,不利用于铝板的加工。
设备自身携带圆锯,用于切断利用。
24小时工作。
◆单头27M龙门铣床:
设备有一个铣头,工作台由两部份组成,工作台宽约1M,设备具有一个刀库,利用BT40刀柄,主轴功率为。
主要用于加工车体钢结构中的通长板,如:
底架边梁、顶棚通长板、侧墙通长板等。
当设备加工能力不满时,川崎也用于中长度型材的加工,因设备功率较小,工作台较窄,不利用于铝板的加工。
设备自身携带圆锯,用于切断利用。
24小时工作。
◆短料加工立式铣床:
单头,工作台移动,主要用于短料的加工。
工作台上面加装了台式虎钳,用于工件的夹装和定位,大大的提高了工作的效率。
四方加工车间平面布置图
还包括一台60M双工位龙门铣床,用于侧墙的整体加工,布置在6号厂房。
我公司设备性能及加工工件
◆60M数控龙门铣厂家:
德国FOOKE,主轴形式为五轴,可加工最大工件尺寸28300*3200*1620,数控系统为西门子Sinumerik840D控制系统,携带自动换刀系统,刀库容量为14把。
现已到厂。
机床分为两个工位,可加工工件长度为30M,刀柄形式为HSK100,带圆盘锯,将圆锯以刀具的形式夹装到主轴上,锯片的最大切割深度为160mm。
设备携带主要用于侧墙的整体加工。
工装采用德国工装的基础上采用日本的整体加工工装彼此结合,具有通用性强造价低的长处。
主要用于侧墙的整体加工。
在整体加工只加工窗口、L形筋板、ф的小孔,组成窗口的两块板两头30尺寸提前用曲线锯切装置加工、为焊接保留的连接要采用人工去除的前提下,才能知足生产需要。
◆双铣头龙门加工中心产地:
日本菊川铁工所,数量为2台,横梁上装有双铣头,三轴联动,一次装夹可同时加工两件(相同或对称)工件,尺寸为26000*800*500的三面加工。
单轴加工时,Y轴行程大于1600mm。
主轴最高转速为12000转/分,工作台尺寸为27000*2000。
配置两个刀库,刀库容量均为16把,刀柄形式为BT50。
具有自动排屑装置和工件测量系统。
控制系统为FANUC160i。
该设备主要考虑通长型材的加工。
主要承担车体底架上下边梁、车顶通长板、侧墙通常板、长地板等长大件加工。
要达到能力,需要天天加工10条上下边梁,时间5小时/2条;40条车顶通长板、侧墙通常板、长地板,时间小时/2条。
按三班制,设备负荷率:
(10x5/2+2)/24=180%。
建议采取利用上下边梁整体加工工装、车顶通长板、侧墙通常板曲面定位块等,减少装夹辅助作业时间;对加工内容简单的车顶、侧墙通长板,采用人工锯切、打磨的方式,通过新制曲线锯切装置实现。
◆数控龙门铣床3M*8M一台设备厂家:
意大利英赛-贝拉尔蒂机床公司,加工区域8000*3300*1220,主轴形式为五轴,工作台尺寸为8000*3000,数控系统为西门子840D。
转盘式刀库容量为20把,刀柄形式为HSK100A。
该机床适用于大于10mm厚度板材和型材的加工,主要考虑加工枕梁。
主要承担牵引梁、枕梁、横框等加工,数量10条/台,加工时间小时/根。
能力不足。
目前枕梁整体加工也在此进行,数量2组/台,加工时间7小时/组。
◆互换工作台加工中心两台设备厂家:
意大利英赛-贝拉尔蒂机床公司,X、Y、Z轴行程为4300*1500*700,工作台尺寸为3700*1250,数控系统为西门子840D,转盘式刀库容量为20把,刀柄形式为HSK100A。
1台主要承担8mm及以上厚板下料加工,大体可知足能力需求(三班制)。
另1台主要承担横梁加工,横梁数量24根/台,加工时间45分/根。
◆立式加工中心四台设备厂家:
英国辛辛那提,机床加工范围:
X-3700mm,Y-815mm,Z-800mm。
主轴转速:
0-12000转/分,主轴形式:
三轴。
工作台尺寸:
4300*815,行程:
X-3700mm,Y-815mm,Z-800mm。
可设置双工作区域。
刀库容量为36把,刀柄形式为HSK100A。
主要加工工件为各类中小型材,板材。
◆加工人员配置:
顺号
设备名称
主要加工部件
数量
班次
操作人员
1
双铣头龙门加工中心(27m)
侧梁、侧墙板、车顶板
2
3
12
2
双工位龙门铣床(60m)
侧梁、侧墙板、车顶板
1
3
6
3
立式加工中心()
侧墙板、横梁、中梁、端梁、枕梁、地板
4
3
12
4
数控龙门铣床(3x8m)
横梁
1
3
6
5
交换工作台加工中心(x4m)
厚板加工(包括补强等)、侧墙板、横梁
2
3
12
合计
15
共48人
技术引进的消化吸收
加工工艺
◆铝合金车体加工为高速铣削加工
高速铣削一般采用高的铣削速度,适当的进给量,小的径向和轴向铣削深度,铣削时,大量的铣削热被切屑带走,因此,工件的表面温度较低。
随着铣削速度的提高,铣削力略有下降,表面质量提高,加工生产率随之增加。
但在高速加工范围内,随铣削速度的提高会加重刀具的磨损。
由于主轴转速很高,切削液难以注入加工区,通常采用油雾冷却或水雾冷却方式。
下图所示为铣削速度对加工性能的影响。
◆高速铣削机床是高速切削应用的大体条件高速铣削要取得良好的应用效果,必需将高性能的高速铣削机床、与工件材料相适应的刀具和对于具体加工对象最佳的加工工艺技术相结合。
◆刀柄结构
HSK刀柄示用意
◆刀柄夹头形式当机床最高转速达到12000转/分时,通常需要采用HSK高速铣刀刀柄,或其它种类的短柄刀杆如日本BBT。
HSK刀柄为过定位结构,提供与机床标准联结,在机床拉力作用下,保证刀杆短锥和端面与机床紧密配合。
刀柄夹紧刀具的方式主要有侧固式、弹性夹紧式等。
◆铝合金材料的加工有别于普通碳钢,铝合金材料硬度低,粘性大,切削容易,但塑性变形大,特别是型材,需要高速设备,采用高速强力切削来提高效率、减少塑性变形,避免出现薄臂处切不断而撕裂现象。
同时由于铝合金材料比较软,进行锯切加工和人工打磨的工序超级多,噪音大、粉尘多,作好防护是必需的。
◆在200EMU铝合金车体中,左、右边墙加工量大,而且特别适合整体加工工艺,咱们在FOOKE龙门铣床的一个工位干左侧墙,另一个干右边墙,可以最大限度发挥机床的优势。
车顶板加工量小,底架的加工量大部份在焊前,咱们又只有一台整体加工设备,所以,不采用整体加工。
◆中、小型加工中心,都不带锯头,所以许多的工件长度尺寸都需要在圆锯或单面锯上完成。
◆底架枕梁需要焊后加工,目前,在3×8米数控龙门加工中心上只铣削5个平面,镗3组大孔,并给所有螺纹孔、光孔钻中心孔定位;其余钻扩孔、攻丝等工序分流在转向架分厂的大钻上进行。
◆门角铁的形状复杂,加工难度大,此刻机械厂立式加工中心加工,并已联系外协加工,外协单位为青岛金江源有限公司,此刻已加工完成2件,并于11月26日鉴定合格,随后进行剩余22件的加工,加工完成后,在进行鉴定,计划在12月5日前完成。
◆按川崎模式成立的工艺设计平台,帮忙咱们在较短的时间内形成了工艺准备必需的软件资源。
通过到川崎的培训,咱们转化了下料加工方面的通用技术标准,转化下料加工工序卡片(川崎的部品表)三千多张,并编写了八百多种工件的NC加工程序。
但在工艺文件的转化方面,咱们参照川崎提供的资料进行了转化,最初的转化大体上是使语言变通顺算了,没有过量的添加文字。
由于部品表川崎提供了日文版,没有进行翻译,因此在生产时发生了中梁眼孔钻错的情况。
◆坡口等信息的表达川崎对于焊缝坡口、倒角等有着自己的内部标准,设计时利用简写代号即可表达清楚,四方沿用川崎方式,例如:
标准坡口时,在加工地方用正代替川崎“オ”表示正面开标准坡口(1余55°),用反代替川崎“ウ”表示背面开标准坡口(1余55°)。
◆编制加工尺寸精度标准
图纸尺寸上没有尺寸公差的,按以下规定执行:
标有Ⓢ标记的执行下表中Ⓢ对应的值,无任何标识的执行下表中无对应的值。
各加工中心执行下表中Ⓢ对应的值。
专检频次:
首件、末件和每隔10个确认一次。
①长度精度(mm)
Ⓢ表示高精度的部位
300以下
300~1000
1000~3000
Ⓢ
无
±
±
±
±
±
±
3000~5000
5000~10000
10000以上
Ⓢ
无
±
±
±
±
±
±
②切边尺寸(mm)
A
20以下
以上
Ⓢ
无
0~
0~
0~
0~
B
100以下
以上
Ⓢ
无
0~
0~
0~
0~
③孔径(mm)
a
公差
3以下
~
3.1~6
~
~12
~
12.1~25
~
~80
~
④孔间距(mm)
P
无
Ⓢ
300以下
~1000
~2000
~5000
~10000
10000以上
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
±
◆枕梁加工
装夹前肯定两组对枕梁的定位面,依照程序中所要求的方式定位。
具体见下图。
夹紧后测量两枕梁定位面的间距,要求两头距离相同,如不知足要求进行调整直到知足加工要求方可进行加工。
测量两根枕梁的宽度,以靠近坐标原点的端面为准。
成立工件坐标系。
每次安装工件需要对X轴、Y轴、Z轴从头测量。
加工前依照图纸确认程序无问题后方可加工。
◆板材加工
依照生产计划调出相应的加工程序。
肯定要加工板材的规格、材料。
确认程序无误后加工。
◆横梁加工
依照要求装夹横梁,具体见下图
成立工件坐标系。
每次安装工件需要对X轴、Y轴、Z轴从头测量。
依照图纸检查程序,确认正确后开始加工。
◆依照EMU200铝合金车体每日2辆的生产纲领,综合平衡四方公司的加工能力,负责与山东丛林中德车体系统工程有限公司签定委托牵引梁(4件/辆)和横梁(21件/辆)加工技术协议,现已完成首件加工及鉴定,进行批量加工,保证了公司的EMU200生产要求。
◆BSP不锈钢枕梁加工:
合理进行了工艺分析,实现1辆/天不锈钢车体枕梁加工能力的瓶颈是枕梁两头的加工,机械厂的两台斯柯达和2台落地镗可用于BSP不锈钢枕梁的加工,鉴于还要承担转向架构架的加工,但要实现1辆/天(或2个/天),设备能力明显不足。
通过设备能力考察,与山东春风机械有限公司签定委托BSP不锈钢枕梁加工技术协议。
◆广州地铁长大型材(底架模块)加工:
前期已组织完成各长大型材(底架模块)件的数控程序编制,现正进行首件加工验证。
◆北京地铁加工:
参加北京地铁工艺方案评审,提出机械厂承担枕梁加工工艺及所需刀具,作好了加工前技术准备。
刀具方面咱们很多设备都是欧洲生产的,设备附带的刀具有许多为硬质合金材料,川崎的专家坚持应该利用高速钢刀具,咱们向他们解释欧洲的铝合金加工刀具更多的采用硬质合金刀具,可他们以为特殊高速钢刀具才是最适合的。
实际的切削实验表明:
硬质合金刀具很容易蹦刃,加上价钱又高,利用本钱远高于他们利用的高钨高速钢刀具。
在川崎的指导下咱们提出了加工刀具明细(见下表)。
◆刀具材料及规格铝合金型材所用高速铣削刀具材料为高速钢。
200EMU车体加工通用刀具具名细1(红色部份为大量利用刀具)
种类
样式
外径(mm)
刀刃长(mm)
全长(mm)
备注
锯片铣刀
φ75
厚3mm
φ100
厚3mm
φ125
厚3mm
立铣刀
双刃
φ6
双刃
φ10
18
70
双刃
φ11
双刃
φ12
单刃
φ20
30
110
单刃
φ20
60
160
单刃
φ20-5R
30
110
5R指刃前端角半径为R5
双刃
φ20-10R
30
110
双刃
φ30-
55
125
双刃
φ30-5R
55
125
双刃
φ30-15R
55
125
双刃
φ26
36
125
单刃
φ16
钻头
11
13
14
18
坡口铣刀
30o
坡口铣刀下端直径和刀柄均为20mm,刃高25~30mm
35o
50o
55o
60o
内R铣刀
双刃
φ19-5R
200EMU车体枕梁组成加工刀具名细2
序号
名称
规格
数量
备注
1
铣刀盘
Φ200
1个
2
机夹刀片
配Φ200铣刀盘
30片
3
刀柄
HSK100A(配Φ200铣刀盘)
1
4
刀盘接杆
配Φ200铣刀盘
1
5
螺旋支撑
高度80-120,最大外径60
8
平头
6
螺旋支撑
高度170-230,最大外径160
6
平头
7
划线搞针
高度500
2
8
划线搞针
高度1000
2
9
钢板直尺
300/500/1000
各2
10
样冲
2
11
小锤
2
12
垫块
高200宽200长300
4
200EMU车体门角铁加工刀具名细3
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
1
强力夹头
BT40-MLC32-90
两套
2
两种规格球刀,一种粗加工,一种精加工。
2
球刀
C20-BR10-160L
2
球刀
C32-BR16-200L
2
3
筒夹
C32-20
4
4
刀片
P3204-D20WMG40
20
5
刀片
P3204-D20WMG40
20
6
强力夹头
BT40-ASC32-95
一套
1
一套精加工,一套用于加工倒角等。
7
D20刀杆
夹套
SC32(6~20)
6
9
刀片
F17M
10
10
ER夹头
BT40-ER32-60
一套
1
11
D10刀杆
刀片
F17M
10
13
筒夹
ER32(4~20)
11
14
锁刀座
BT40锁刀座
其它附件
1
附件用于装卸刀具、找正,刀柄可夹普通刀。
15
刀柄
BT40-MTB3-75
1
16
刀柄
BT40-MTA2-45
1
17
寻边器
PM-20
2
◆◆切削用量铝合金的高速铣削参数
参数表符号名称与单位
D刀具直径mmv切削速度vm/minZ刀具齿数fz每齿进给量mm
ap轴向切深mmae径向切深mm
n主轴转速min-1vf进给速度mm/min
◆◆加工铝合金(A7N01)实心材料(厚度大于20)高速铣削参数参见下表:
D
Z
v
fz
ap
ae
n
vf
mm
--
m/min
mm
mm
mm
min-1
mm/min
6
2
900
9000
3240
8
2
1200
9000
3600
10
2
1200
8000
3920
12
2
1200
8000
3507
16
2
1200
7000
3917
20
2
1200
6000
3000
◆◆板材(厚度小于16)加工的刀具加工参数如下:
刀具
转速n
进给速度vf
切削深度ae
φ10铣刀
6000-15000
2000
5-6
φ12铣刀
6000-12000
1800
5-6
φ20铣刀
6000-10000
1500
5-7
30度陂口铣刀
1500-2000
800-1000
2-3
45度陂口铣刀
1500-2000
800-1000
2-3
55度陂口铣刀
1500-2000
800-1000
2-3
60度陂口铣刀
1500-2000
800-1000
2-3
◆◆型材
刀具
转速n
进给速度vf
切削深度ae
φ钻头
2000
Z方向700
---
φ10钻头
2000
Z方向700
---
φ12钻头
2000
Z方向700
---
φ10铣刀
4000-6000
2000
5-12
φ20铣刀
6000-10000
1800
5-15
φ30铣刀
8000
1500
5-15
工装方面
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- 关 键 词:
- 铝合金 加工 小结
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