大功率中速柴油機連杆齒形加工方法及其專用加工刀具的製作方法

2023-07-29 16:57:01 1

專利名稱：大功率中速柴油機連杆齒形加工方法及其專用加工刀具的製作方法
技術領域：
本發明屬於機械製造技術領域，特別涉及一種大馬力中速柴油機連杆齒形加工方法及其 專用加工刀具。
背景技術：
連杆是柴油機的核心部件，如圖1 圖3所示，柴油機連杆包括連杆體1與連杆蓋2， 然後通過齒形咬合(如圖1中I及II處及圖2、圖3所示)後用連杆螺栓碼合而成，因此連 杆齒形的加工精度要求非常高，而對於大功率中速柴油機連杆碼合後其齒形面接觸面積必須 達到80%，且齒形面要求Ral.6或以上粗糙度。
現有技術中，大功率中速柴油機連杆齒形加工方法主要有以下幾種1、強力磨削；2、 滾齒+互研；3、線切割+互研。用強力磨削的加工方法效率高，質量好，但必須採用數控強 力緩進給磨床及配合成型砂輪一起使用，其價格高昂，而且維護困難，維修所需周期長，往 往會成為制約企業生產的瓶頸，並且由於是強力磨削，磨削麵可能出現裂紋，故每件工件均 必須表面探傷檢査。用滾齒加工的方法質量較差， 一般還需通過連杆體與連杆蓋的齒形互研， 這樣就使得其效率較低，且滾齒專用設備和專用成型滾刀的價格也很昂貴；至於線切割因成
本高、效率低不太適合批量生產。因此，研發一種效率和質量可以和強力磨床媲美，而成本
卻大大降低，設備維護簡單的連杆齒形加工方法意義非淺。

發明內容
本發明的第一個目的是克服現有技術的不足，提供一種柴油機連杆齒形加工方法，其加 工質量好、效率高、成本低，加工出的柴油機連杆的連杆體及連杆蓋的齒形形狀一致性好， 配對碼合後接觸面積大，接觸到點均勻。
本發明的第二個目的是克服現有技術的不足，提供了一種柴油機連杆齒形加工過程中所 用的專用刀具，該專用刀具具有高耐磨性、性能穩定且製作成本低廉，製作周期短，改進成 本低。
為了達到上述第一個技術目的，本發明是按以下技術方案實現的-一種柴油機連杆齒形加工方法，通過銑削加工方法對柴油機連杆的連杆體及連杆蓋齒形 進行銑削加工。
所述的柴油機連杆的銑削加工的具體加工步驟是(1) 選用專用銑削刀具按照產品圖紙的連杆材料及齒形參數設計專用的銑削刀具；
(2) 選用專用夾具按照連杆蓋和連杆體配對銑削加工方式，利用前工序加工的基準面和 孔設計製造專用夾具；
(3) 制定連杆體及連趕蓋的齒形銑削方案確定粗銑、半精銑、精銑的銑削刀具，根據不 同銑削刀具的剛性、材料、塗層合理安排切削餘量、主軸轉速以及進給速度，同時編制數控 工步卡、調刀卡和程序單；
(4) 選用與銑削刀具配合使用的夾頭刀柄和夾套根據銑削方案所使用銑削刀具準備相應 的高精度強力夾頭刀柄和夾套；確認工具機重定位精度約在0. 01 mm以內，主軸轉速在5000rpni 以上；
(5) 上機試切削按照振動、粗糙度及銑削刀具磨損的實際情況來調整和改進切削餘量、 工藝工步及切削速度，進行粗銑、半精銑、精銑，精銑完成，確保粗糙度應在Ral.6以上；
(6) 去除毛刺、將進行齒形銑削後的連杆體及連杆蓋配對碼合，齒形面著色檢驗，所述連 杆體及連杆蓋配對碼合後二者的接觸面積必須達到80%。
為了達到上述第二個技術目的，本發明是按以下技術方案實現的
一種柴油機連杆齒形加工方法的專用刀具，該專用刀具為對柴油機連杆體及連杆蓋的齒 形進行銑削加工的銑削刀具，該銑削刀具具體為切削刃旋轉切削形成的型線與連杆齒形型線
完全一致的成型球頭錐銑刀，所述成型球頭錐銑刀的刀頭槽型為35°螺旋形，共有兩個切削 刃，所述切削刃與刀柄同軸度0.01mm。
所述成型球頭錐銑刀的周齒參數是徑向前角為6。、刃帶寬度《0.5mra、第一后角為8 o的圓弧鏟背。
所述成型球頭錐銑刀的端齒參數是端刃前角為6°、蝶形角為1.0°、端刃中心方式為 一切削刃過中心、齒隙角為35°、第一后角為6°、第二后角為13°、第一后角寬0.2ran。
所述成型球頭錐銑刀包括由性能穩定、高耐磨性的超細微粒硬質合金(例如M612)制 成的刀體及塗覆於刀體表面的TiAlN塗層，具體是在切削刃部位塗有TiAlN塗層，通過硬質 合金M612配合TiAlN塗層，使得成型球頭錐銑刀具有很高的耐磨性能，其性能穩定，且其 價格低廉，通常是由五軸數控磨床磨削而成，並由專業的廠家進行塗層，以確保其較高的耐 磨性能。
與現有技術相比，本發明的有益效果是
(l)本發明由於使用銑削的加工方法用於加工柴油機連杆的連杆體及連杆蓋，由於專用的 銑削刀具的高耐磨性，工具機的高定位和重定位精度，加工出的齒形形狀幾乎完全一致，並間距均勻，精銑的齒表面粗糙度在Ra0.8 1.6之間，達到或超過產品圖紙要求，經碼合著色 檢驗，接觸到點均勻，其面積達到80%以上；另因採用高轉速、高進給的加工方式以及合理 的切削餘量、走刀次數，其加工效率也非常高。總體來說，用銑削方式加工連杆齒形的質量 和效率完全可以和強力磨床媲美，其效率甚至超過強力磨床。
(2) 本發明中所用的加工工具機為通用的立式或臥式加工中心、數控銑床等，這在機械加工
廠很常見，減少了專用磨齒或滾齒設備的昂貴投入，且通用工具機的維護簡單，維修成本低。 另外，數控加工中心可實現柔性加工，例如可方便的加工出連杆體與連杆蓋的結合面不在同 一平面內的連杆齒形，同一款成型刀還可方便的加工同角度但深淺不同、齒間距不同的齒形， 而這些對於專用磨齒或滾齒工具機是難於實現的。
(3) 本發明中的專用加工刀具為專用成型球頭錐銑刀，由於專用成型球頭錐銑刀是由性能 穩定、高耐磨性的超細微粒硬質合金(例如M612)刀體及在其切削刃部位塗覆於刀體表面 的TiAlN塗層製成，而該種專用硬質合金塗層刀具製造技術在目前屬於很成熟的技術，其價 格低廉，定購周期短，而且由於工廠裡柴油機的連杆產品多樣化，且其齒形不一，因此，不 需像專用成型滾刀、專用成型砂輪進行一次性大筆投入，刀具投入風險較小，改進容易。
(4) 本發明中使用的工具機為通用數控工具機，又因其使用的專用刀具製造周期短，因此齒形 加工反應迅速，節省了大量的準備及試製時間。
綜上所述，採用該種銑削方式加工連杆齒形，其質量和效率與強力磨床相當，優於滾齒 或線切割，完全能達到產品圖紙要求；而且其前期投入比磨齒、滾齒低，且加工成本低，大 約是是磨削加工的1/5，因此柴油機連杆齒形的該種銑削加工方法頗具有市場競爭力，能為 大多數大中型柴油機製造企業所採用。


下面結合附圖和具體實施例對本發明做詳細的說明-
圖1是本發明所述柴油機連杆結構示意圖2是上述圖1中I處連杆體及連杆蓋的齒形示意圖3是上述圖1中II處連杆體及連杆蓋的齒形示意圖4是本發明中成型球頭錐銑刀結構示意圖5是上述圖4的俯視圖6是本發明中柴油機連杆齒形銑削加工過程示意圖； 圖7是本發明中齒形銑削夾具主視圖； 圖8是上述圖7的俯視圖；圖9是上述圖7的側視圖。
具體實施例方式
本發明所述的柴油機連杆齒形加工方法，主要是用銑削加工的方法替代現有技術中的強 力磨削加工方法及滾齒加工方法，其具體的加工步驟是
(1) 按照如圖2及圖3所述的柴油機連杆的連杆體1及連杆蓋2的材料及齒形參數設計專 用銑削刀具，該銑削刀具為成型球頭錐銑刀3 (如圖4、圖5所示)，其刀體材料選用性能穩 定、高耐磨性的超細微粒硬質合金，例如M612硬質合金，且在其切削刃部位塗有TiAlN 塗層，槽型為35°螺旋形，切削刃與刀柄同軸度0.01mm，共有兩個切削刃，其中一切削刃 過中心，所述成型球頭錐銑刀3的周齒參數可以是徑向前角為6°、刃帶寬度《0.5mm、第 一后角為8°的圓弧鏟背；成型球頭錐銑刀3的端齒參數是端刃前角為6° 、蝶形角為1.0°、 端刃中心方式為一切削刃過中心、齒隙角為35。、第一后角為6°、第二后角為13。、第一後 角寬0.2mm。該專用的銑削刀具由專業廠家製造並塗層。
(2) 按連杆蓋2和連杆體1配對銑削方式，利用前工序加工的基準面和孔設計製造專用夾 具4 (如圖7 9所示)，要求連杆體1與連杆蓋2對拆放置後將蓋水平旋轉180°安裝，以 確保連杆體1和連杆蓋2的齒形完全一致，方便加工。
(3) 制定齒形銑削方案(如圖6所示)。①確定粗銑、半精銑、精銑的銑削刀具圖中A 是採用直徑為05的立銑刀進行銑削加工、B是採用04球頭銑刀進行銑削加工、C是採用① 3球頭銑刀進行銑削加工，前述的立銑刀及球頭銑刀均為通用的標準硬質合金塗層刀具，其 目的是高效的、儘可能多的粗加工去除連杆齒形材料；D為本發明所述的用於加工連杆體及 連杆蓋齒形的成型球頭錐銑刀3，即為上述第1點中所述的專用刀具，其目的是高效、高精 度、低成本精加工連杆齒形。②根據不同銑削刀具的剛性、材料、塗層合理安排切削餘量、 主軸轉速以及進給速度，同時編制數控工步卡、調刀卡和程序單。
(4) 根據銑削方案所使用刀具準備好相應的通用高精度強力夾頭刀柄和夾套；根據工具機使 用要求選定立式加工中心作為加工工具機，即工具機重定位精度約在0.01mm以內，主軸轉速在 5000rpm以上。
(5) 上夾具、碼工件、試切，按照振動、粗糙度及銑削刀具磨損的實際情況來調整和改進 切削餘量、工藝工步及切削速度，進行粗銑、半精銑、精銑，精銑工序完成後，確保粗糙度 應在Ral.6以上。
(6) 去除毛刺、將進行齒形銑削後的連杆體及連杆蓋配對碼合，齒形面著色檢驗，所述連 杆體及連杆蓋配對碼合後二者的接觸面積必須達到80%以上，完全達到圖紙要求。本發明用一種銑削加工方法替代現有的常用的強力磨削加工方法，連杆齒形加工質量 好，效率高，而且由於專用成型球頭錐銑刀3的耐磨性好，每把成型球頭錐銑刀3可加工6
對連杆齒形，其使用壽命長，加工成本低廉，易於推廣採用。
本發明並不局限於上述實施方式，如果對本發明的各種改動或變型不脫離本發明的精神 和範圍，倘若這些改動和變型屬於本發明的權利要求和等同技術範圍之內，則本發明也意圖 包含這些改動和變型。
權利要求
1. 大功率中速柴油機連杆齒形加工方法，其特徵在於通過銑削加工方法對柴油機連杆的連杆體及連杆蓋齒形進行銑削加工。
2. 根據權利要求1所述的大功率中速柴油機連杆齒形加工方法，其特徵在於具體加工 步驟是(1) 選用專用銑削刀具按照產品圖紙的連杆材料及齒形參數設計專用的銑削刀具；(2) 選用專用夾具按照連杆蓋和連杆體配對銑削加工方式，利用前工序加工的基準面和 孔設計製造專用夾具；(3) 制定連杆體及連趕蓋的齒形銑削方案確定粗銑、半精銑、精銑的銑削刀具，根據不 同銑削刀具的剛性、材料、塗層合理安排切削餘量、主軸轉速以及進給速度，同時編制數控 工步卡、調刀卡和程序單；(4) 選用與銑削刀具配合使用的夾頭刀柄和夾套根據銑削方案所使用銑削刀具準備相應 的高精度強力夾頭刀柄和夾套；確認工具機重定位精度約在0. 01 mm以內，主軸轉速在5000rpm 以上；(5) 上機試切削按照振動、粗糙度及銑削刀具磨損的實際情況來調整和改進切削餘量、 工藝工步及切削速度，進行粗銑、半精銑、精銑，精銑完成，確保粗糙度應在Ra1.6以上；(6) 去除毛刺、將進行齒形銑削後的連杆體及連杆蓋配對碼合，齒形面著色檢驗，所述連 杆體及連杆蓋配對碼合後二者的接觸面積達到80%以上。
3. 用於大功率中速柴油機連杆齒形加工的專用刀具，其特徵在於該專用刀具是對柴油 機連杆體及連杆蓋的齒形進行銑削加工的銑削刀具，該銑削刀具具體為切削刃旋轉切削形成 的型線與連杆齒形型線完全一致的成型球頭錐銑刀，所述成型球頭錐銑刀的刀頭槽型為35° 螺旋形，共有兩個切削刃，所述切削刃與刀柄同軸度0.01mm。
4. 根據權利要求3所述的專用刀具，其特徵在於所述成型球頭錐銑刀的周齒參數是 徑向前角為6°、刃帶寬度《0.5皿、第一后角為8。的圓弧鏟背。
5. 根據權利要求4所述的專用刀具，其特徵在於所述成型球頭錐銑刀的端齒參數是端刃前角為6°、蝶形角為1.0°、端刃中心方式為一切削刃過中心、齒隙角為35°、第一後 角為6°、第二后角為13°、第一后角寬0.2mm。
6. 根據權利要求5所述的專用刀具，其特徵在於所述成型球頭錐銑刀包括由性能穩定、 高耐磨性的超細微粒硬質合金製成的刀體及在其切削刃部位塗覆有TiAlN塗層。
全文摘要
本發明公開柴油機連杆齒形加工方法及其專用加工刀具。該柴油機連杆齒形加工方法是通過銑削加工方法對柴油機連杆的連杆體及連杆蓋齒形進行銑削加工，其銑削加工方法加工質量好，加工效率高，加工出的連杆的連杆體及連杆蓋的齒形形狀一致性好，配對碼合後接觸面積大，接觸到點均勻。專用刀具是對柴油機連杆體及連杆蓋的齒形進行銑削加工的銑削刀具，其具體為切削刃旋轉切削形成的型線與連杆齒形型線完全一致的成型球頭錐銑刀，所述成型球頭錐銑刀的刀頭槽型為35°螺旋形，共有兩個切削刃，切削刃與刀柄同軸度在0.01mm以內，刀具材料為性能穩定、高耐磨性的超細微粒硬質合金，切削刃部分採用TiAlN塗層。該專用刀具的特點是具有高耐磨性，性能穩定，製造周期短且成本低廉。
文檔編號B23C5/02GK101412121SQ20081021924
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月19日 優先權日2008年11月19日
發明者李建清, 李雄寶 申請人:廣州柴油機廠