文|农夫
编辑|农夫
传动端端盖是高寒动车牵引电动机上重要零件之一，其质量的好坏将直接影响到端盖与轴承的配合精度，关系到转子定位的准确性。
为了保证在高寒地区的机械性能不发生改变而正常的工作，该零件采用了可用于-40℃且综合力学性能良好的Q345E作为其材料。
那么，我们该如何改善高寒动车电动机传动端端盖油槽加工方法？
为了确保高寒动车的各项配件能够承受在高海拔、极寒天气等恶劣条件下的机械性能不发生改变，并能保持正常的工作状态。
设计人员在借鉴普通动车成熟工艺的基础上，在整体结构没做改动的前提下，仅对零配件的材料做出了更改。
其中，将传动端端盖的材料由锻35＃普通碳素结构钢改为Q345E低合金高强度结构钢（见图1）。
经过对该产品的精车小端工序完成首件试制后，通过自检，发现了一些问题，最突出的集中反映在端面油槽处：
①工件小端面以及f 117±0.1mm内孔出现明显的被挤压后拉伤的痕迹。
②端面槽各处实际加工尺寸与理想控制尺寸精度值存在一定的偏差，均出现0.04~0.07mm让刀现象。
③端面槽（f 101±0.1）mm处的槽口倒角产生毛刺。
④参与切削的端面槽切削刃在仅仅加工一件的情况下出现刃口呈锯齿状的严重磨损现象。
（1）端面槽加工环境特性分析
由图1、2可知，所加工的端面槽为相邻两处宽4.5mm槽间距4.5mm，深7mm直径尺寸为f 92~f 117mm之间，该加工位置是整个零件中相对最为单薄的区域。
为满足各尺寸加工要求，选用的是切削范围在f 92~f 140mm的牌号为：
LF123H25-2525B-092BM的机夹端面车刀以及与之匹配的宽度为4mm牌号为N123H2-0444-0004-TF1125的刀片。
为了保证刀具刚度，安装时刀头伸出较短，因此在加工过程中，刀具与工件之间的空隙很狭窄。
另外，因槽宽加工尺寸较小，端面槽在粗加工时没有经过预切加工，致使在精加工时必然是以全切削刃切入的方式进行切削加工，此时切削力为最大。
被切除铁屑量最多，所产生的切削热也就最多。
这种情况下，被切除的大量铁屑因空间狭小不容易排除，切削热得不到及时消散，更加剧了刀具的磨耗，使得需要控制的尺寸难以保证。
并且，由于受到量距的影响，导致端面槽的尺寸精度得不到稳定控制。
同时，由于受到被堆积的铁屑与刀具会相互缠绕，形成相互挤压与摩擦。这也使得已加工表面被拉伤。
（2）零件材料分析因零件所选用材料发生改变。
原来普通动车的传动端端盖材料的牌号为锻35，它是一种普通碳素结构钢。
而高寒动车传动端端盖所采用的材料牌号为Q345E的低合金高强度结构钢。
通过对两种材料的数据整合与对比（见表1）可以直观的了解两种材料部分的化学成分及基本力学性能存在差异：①含碳量（C）两者基本一致：
但含锰量（Mn）Q345E较锻35有较大的提升，由此使得被加工材料变得更硬。②屈服强度和硬度的增加，使得Q345E的综合力学性能要高于锻35。
因此，随着硬度、强度等力学性能的提高，Q345E切削加工性能相对于锻35会要困难。
一是由于零件材料强度硬度的提高，变形抗力增大，使得刀具的切削抗力增大；
二是切削力的增大，必然会加剧切削热的产生，刀具材料的硬度与工件材料的硬度之比就越低，刀具磨损加快，切削加工性能就越差。
（3）切削参数影响
因试制时使用的是原有普通动车的加工程序，其中切削用量，不是根据材料的特性合理的来设定，也是造成试制时产生尺寸控制不理想，存在加工缺陷的原因之一。
（4）冷却装置影响
经过仔细观察，用于提供切削液浇注的是“弹珠式”可换向喷嘴。
尽管喷射角度可以在一定范围内调节，但由于其固定在刀盒底部，当刀尖与喷嘴间的距离过短时，弹珠所能调整的切削液喷射角度也就受到限制。
再者“弹珠式”喷嘴所喷射出的切削液总是呈散射状，即便在压力很大情况下也只有部份切削液作用于切削刃上，效果不佳。
如果再被没有及时排除的铁屑阻挡，切削液浇注的效果几乎丧失，从而失去切削液最主要的冷却与润滑作用。
在切削抗力作用下，切削热的急剧升高，切削刃得不到及时的冷却，会使刀尖加剧磨损，被加工尺寸精度受到影响，被加工表面易出现加工硬化，极端情况下，甚至会出现打刀的情况。
（5）倒（棱）角出现毛刺的原因
端面槽在无预先切槽的情况下，原程序中槽的孔方向f 101mm倒角走刀路径安排是先调用右刀尖刀补，加工好槽的孔方向f 11mm7和f 101mm到尺寸；
再调用左刀尖刀补加工完槽的外圆方向f 108mm和f 92mm到尺寸，快速退刀至空挡位置，通过切刀刀头宽度值，计算后置换出右边刀尖的合适位置进行孔方向f 101mm的倒角。
这种方法在刀具状态良好的情况下虽没有问题，但刀具一旦磨损至一定的程度刀尖不锋利或形成缺口后，此倒角将出现加工不到位或挤压产生毛刺。
影响表面质量的同时也会影响到其它尺寸精度的测量，还要增加不必要的返工。
（6）油槽尺寸
精度得不到稳定控制由图1可知，该油槽在外圆走上偏差、内孔走下偏差的情况下，油槽宽度不到5mm宽，而标准游标卡尺的卡爪每边只有5mm宽。
在实际加工过程中，由于无法对该油槽进行直接检测，操作者不得不采取间接试切的方法来加工。
具体为：4mm宽的切槽刀先试切Ф382mm的外圆后，再利用数控车床重复定位精度高的特点完成该油槽的外圆与内孔的精加工。
由于无法直接测量，且精车外圆的精加工余量与精车内孔的精加工余量不同，导致刀具在实际加工过程中，受切削抗力大小不一致的影响，最终造成油槽尺寸精度得不到稳定控制。
（1）工艺改进说明首先，切削参数重新设定如表2所示。
将主轴转速降低20%以及进给量降低25%以降低切削过程中所产生的切削力，从而减少切削热。
其次，优化部分加工程序。第一，在f 117mm与f 101mm两处需要以全切削刃吃刀的地方，在加工至槽底完成后。
将Z向退刀距离由原来的Z5变更为Z200，留出足够的空间，方便被切除的铁屑更顺利的排除。
以减少因铁屑在刀具与工件之间形成的缠绕与挤压、摩擦，同时有利于切削液的有效浇注。原程序：
……
G1X117F0.2
Z-11Z-18.1F0.09
G0Z5
……
改后程序：
……
G1X117F0.2
Z-11Z-18.1F0.09
G0Z200
……
第二，将原f 101±0.1mm处槽口倒角的加工路径进行优化，实现倒角、切槽的加工过程的连续性，避免因刀具磨损后倒角不到位以及产生毛刺的现象，如图3、表3所示。
最后，对切削液喷嘴进行改进。
具体方法如下：
第一，将锁紧螺钉松开后卸下弹珠喷头。
第二，将与弹珠孔径匹配的纯铜管插入，后端进行基本固定，前端伸出10mm左右，作为切削液的延伸导向管和汇聚水流之用。
第三，将制作好配有纯铜管的弹珠重新用螺钉预安装，螺钉不用完全锁死。
第四，手动开启切削液开关，以刀具刃口为目标，试调整切削液浇注方位至最佳位置后关闭切削液并锁紧螺钉。
第五，再次开启切削液，确认切削液能直接作用于刀具刃口，并保证切削液在有压状态下紧固可靠。
由于切削液浇注点直接作用于切削刃上，就能确保加工过程中，刀具的充分冷却。
在强劲的水压下，还辅助的起到了对铁屑进行冲刷的作用，更加有利于铁屑的及时排出。
也就加快切削热的消散速度，最终改善切削环境，保证了加工精度，同时也延长刀具使用寿命。
（2）专用量具改进说明
由于通用游标卡尺无法测量该端面油槽的尺寸，为此，我们在相关工艺人员的支持下，订购了一把卡爪厚度为7mm（单边3.5mm）、规格为300mm的专用游标卡尺来解决该问题。
通过上述各项改进措施，重新对牌号为Q345E材料的传动端端盖进行试加工，其尺寸精度控制、工件表面粗糙度都达到了要求。
在此基础上再次进行了24件的小批量加工，经抽样综合验证，各项数据全部达到设计图样的要求，合格率100%。
特别指出的是，小批量加工完后的刀具依然保持良好的状态，完全能够达到批量加工的条件，为后续的生产提供有力的保障。
从而实现了合理利用现有资源与技术，保证质量，减少投入，降低成本的目的。并且，将此次工艺改进中积累的经验以及科学的加工方法，服务于其它同类型的零件加工中。
参考文献
（1）谭永刚，陈江进.数控加工工艺[M].北京：国防工业出版社，2009.
（2）张炳玲.金属材料及加工工艺[M].北京：机械工业出版社，2009.
（3）徐峰，苏本杰.数控加工实用手册[M].安徽京：安徽科学技术出版社，2010
