于立强1 王瑞馥2 李冰3
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摘 要 薄壁类铝型材零件在城轨车机加项目中占据着较大的应用范围，在机加时难度系数较大，尤其是在其特点为加工装夹难度较高，极易型材变形，易产生加工缺陷。然而高速动车组的转向架裙板就是使用薄壁类铝型材制造的，它是包裹动车车底转向架的外漏件，具有动车组流畅的弧度，各种观察窗口、注水口等孔洞也遍布其上。不同于其他裙板，转向架裙板为单层结构，强度相对其他种类裙板较低。按传统的裙板加工方式，加工过程中震动较大，产生强烈的噪声，且不易装夹，容易产生变形等问题。本文将针对以上问题，对薄壁裙板铝型材加工过程及要点进行详细论述。
关键词 动车项目 薄壁铝型材 加工工艺
1.引言
高速动车体结构采用了许多铝合金型材，具不完全统计，铝合金型材在整个车体的利用率高达85%。各种不同截面的型材通过数控机加、焊接形成整个车体承载结构，这些型材都是车体结构的重要构件之一。加工的型材截面一般都是比较复杂，加工部位多，加工时间长，需用数控加工设备。而其中的一些薄壁、大型铝型材零件的机械加工更是给我们带来了巨大的挑战，高速动车组的转向架裙板就是这类挑战中的一座高峰。因此研究高速动车组的转向架裙板机加工艺技术、解决其在机械加工过程中出现的难点问题，对保证型材加工质量、避免不必要的损失、提高生产效率具有很重要的指导意义。
2．薄壁裙板铝型材加工的工艺特点
2.1高速动车组的转向架裙板，是包裹动车车底转向架的外漏件，具有动车组流畅的弧度，各种观察窗口、注水口等孔洞也遍布其上。不同于其他裙板，转向架裙板为单层结构，强度相对其他种类裙板较低。按传统的裙板加工方式，加工过程中不仅震动较大，产生强烈的噪声，而且不易装夹，还极其容易产生加工变形，因此只能设计专用工装对其进行加工。
2.2高速动车组的转向架裙板在装夹后存在一定的变形，与理想状态存在较大的偏差，而在使用数控龙门铣在加工时如果未将Z轴零点提高到安全高度，将会伤及型材母材表面，造成严重的质量问题。
2.3铝合金型材的熔点低、塑性好，因此在加工中要求高速切削，以达到良好的表面加工质量要求。但同时高速切削产生的热量又容易产生积屑瘤，使刀具的切削性能大大下降，形成粘刀、烀刀。因此，需要选择良好的刀具、切削参数、切削方式以及冷却方法。
3.薄壁裙板铝型材加工时的关键点
3.1刀具选择
高速动车组的转向架裙板在机加时对刀具有着很高的要求。刀具必须在具有高性价比的同时还必须满足高质量加工的需求。为了满足对其粗加工和精加工的不同要求，刀具的选型需要认真考虑以下几个方面：
(1)切削性能好
刀具应具有能够承受高速切削的性能，可选用硬质合金刀具或者涂层刀具。刀体具有高钢性，可抑制振颤，获得较高的加工精度和表面质量，钢性一定要良好，尤其是粗加工时。
(2)加工过程中切削用量的确定
合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。
(3)耐用度高
数控加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高数控机床的加工效率和保证加工质量。
(4)断屑及排屑性能好
数控加工中，断屑和排屑不像普通机床加工那样能及时由人工处理，切屑易缠绕在刀具和工件上，会损坏刀具和划伤工件已加工表面，甚至会发生伤人和设备事故，影响加工质量和机床的安全运行，所以要求刀具具有较好的断屑和排屑性能。
3.2切削参数
高速动车组的转向架裙板在机械加工时更为关键的是要合理选取加工参数，减少振动，保证顺利完整地加工完，同时兼顾效率。当铣刀的切削刃切入工件时，猛然地撞击会引起刀具的振动，最初诱发的刀具振动将改变后续的切屑厚度，随后当切削力变化又反过来引起加工系统的振动加剧。切削力的方向和变动幅度在很大程度上决定了振动趋势，如果不加以抑制，切削力的变化幅度就会增大，从而使切削后的表面粗糙度值增大，甚至会导致切削刃和刀具的损坏，此外还会对机床主轴产生不利影响，导致机床主轴精度的降低。为此，必须在切削开始时就抑制切削力剧烈的变动从而抑制振动趋势。除采用防振刀具外，合适的切削参数是抑制颤振的有效方法。
4.如何获得合格的转向架裙板产品
4.1在装夹时，一定要使用调整千斤顶或垫块填塞型腔，压板下需要增加减压垫块等，从而加大工装定位装置接触面积及加紧装置接触面积，有效的避免薄壁型材件在外力作用下产生扭曲或者局部变形。压紧装置压紧点一定要靠近加工部位，且不干涉刀具的运行，由此可很大程度上减少在加工中产生的颤动。由于薄壁铝合金型材的塑性好，易产生磕碰划伤，在定位装置和夹紧装置上一定要设置保护（一般采用塑料或者木块材质保护），以防止受力时在工件表面形成较深压痕。另外，在每个工序的进行及运转中，也需要做好表面的防护工作。
4.2对高速动车组的转向架裙板，我们一定要在了解其各类加工难度的前提下，针对其特性设计一套优良的装夹机构。通过对装夹机构进行特殊设计，进而显著降低了其在机械加工中所产生的噪音，降低了震动及噪音对机床、工件以及人体的伤害，同时还要尽量选择直径较小的刀具，根据工件的加工条件选择顺铣或者逆铣，采用高转速、小切削量的加工方式，减小切削抗力，获得最佳的加工表面粗糙度，进而得到高效、优质的加工产品。
参考文献：
[1] 陈宏钧 《机械加工工艺施工员手册》．
[2] 陈宏钧 《机械加工工艺装备设计员手册》．
[3] 李念奎 《铝合金材料及其热处理技术》
[4] 金属加工杂志社 《数控刀具选用指南》
[5] 大连理工大学工程图学教研室《机械制图》
第一作者姓名：于立强，汉，吉林省吉林市，1989年5月，研究方向：铝型材数控加工，
第二作者姓名：王瑞馥，汉，吉林省长春市，1987年6月，研究方向：转向架数控加工，
第三作者姓名：李冰，汉，辽宁省沈阳市，1990年12月，研究方向：转向架装配，