刹车盘切削过程中振纹的分析及消除

周良

摘 要： 文章主要基于刹车盘行业车削工序中，加工表面出现振纹的现象进行了研究及探讨，并分析了多种消除切削振纹的方式的原理及操作方法，以及试验后的实际效果。

关键词： 刹车盘加工；车削；抑振

一、刹车盘加工简介

机动车主要有盘式刹车和鼓式刹车两种结构，刹车盘便是盘式刹车的重要部件之一。

刹车盘材料以HT250为主，成品刹车盘大致要经历以下几道工序：铸造-车削-钻孔-动平衡-清洗-终检-打标-包装等。在机加工工序中，以车削工序最为关键。尺寸公差中关键的中孔（图一基准A）尺寸，安装面（图一基准B）与制动面的平行度公差，两制动面的平行度公差及等厚指标（Disc Thickness Variation，简称DTV）均靠车削保证。除此之外，刹车盘面具有较高的表面粗糙度要求及外观质量。因此，刹车盘的车削工序必须保证加工稳定性。

二、刹车盘车削工序中振纹成因分析

在实际加工过程中，经常会面临刹车盘的重要表面出现振纹，影响表面粗糙度与外观质量的情况，较为严重的振纹会直接导致刹车系统无法正常工作，影响汽车的整体性能。下面以刹车盘的两个重要加工表面为例，分析振纹的形成原因。

（一）内孔表面的振纹成因

内孔表面的振纹主要来自于以下几个方面：刀尖中心高与主轴中心高不一致，导致切削后角变大，刚性下降；内孔深度较深，镗杆本身发生振动；刀具选择不当造成的振动等。

（二）制动面的振纹成因

制动面的振纹主要来自于以下几个方面：刀具布置带来的受力不均；刹车盘为薄壁零件，装卡厚度在5-8mm之间，本身刚性较差，易发生激振现象等。

三、振纹的消除

（一）内孔表面的振纹消除

根据成因分析可知，部分内孔的表面振纹来自于刀尖高度与主轴高度不一致导致，此时应在压刀螺栓未安装的条件下，对刀尖高度进行检验与调整，再安装压刀螺栓。首先利用卡尺或检具，检验刀具安装角度是否正确（可通过检验刀盘压刀槽表面与刀杆安装面的平行度等方式来检验），可使刀尖高度稍高于主轴高度（推荐值在0.05mm以内）。刀尖高度的高于主轴高度的效果是刀具后角变小，切削刃强度增加，切削刚性增强。如通过以上方式仍无法找回合适的刀尖高度，则需要使用镗具重新镗削刀夹，获得合适的刀尖高度。

对于内孔深度较深的刹车盘，刀杆悬伸过长的不利切削状态，也会造成振纹。此时应考虑使用较粗的镗杆进行加工，一般推荐加工深度不应超过镗杆直径的2-3倍。如有切削条件十分不利的零件，则须考虑设计特殊刀夹或使用特殊定制的抑振刀杆。

另外，刀片的压紧形式以及刀尖圆角半径也会对振动产生影响。根据刹车盘行业加工经验，推荐使用刚性夹紧的刀片压紧形式和刀尖圆角半径1.2mm的刀片进行加工。

（二）制动面的振纹消除

根据成因分析可知，目前一些车床采用垂直刀具的布置结构，此時如果选用相同的两把刀具，刀具A与刀具B的主偏角可能会有所差别，在双刀精车过程中，会存在受力不均的情况。因此，应注意刀具的选择与订制，或根据实际情况对刀具的安装进行微调，增大切削的主偏角，对振动有一定的抑制效果，但须适度降低进给以获得良好的粗糙度。而如果车床使用平行刀具的布置结构，则使用左右手对称的刀具即可。

一些本身刚性较差的薄壁刹车盘，可对加工工艺进行细微调整，提高双刀车削工步的零件刚性。如内孔加工与制动面加工往往处于同一工序，此时可先对制动面进行加工，再对内孔进行加工，切削效果有明显提升。

同时，利用主轴变速功能抑制振动已经在刹车盘切削加工领域达成广泛共识。操作者用手拨动主轴倍率旋钮可有效抑制切削振动。现在一些高档数控机床已经具备利用PLC参数及代码实现主轴自变速功能，提高机床与行业用户工艺的集成程度。以沈阳机床自主研发的i5数控系统为例，只要使用M142与M143代码即可启动与关闭主轴自变速功能。而对切削效果影响最大的转速变动幅度a与转速变动周期T均可在内置PLC参数中进行调整，实现针对不同刹车盘均可获得理想的抑振效果。

（三）部分实验数据及效果

恒线速切削vc=800m/min，ap=0.3mm，f=0.2mm/min。刀具材料硬质合金，对比装卡壁厚为6mm与8.5mm下、以及有无主轴自变速功能条件下的切削振动效果。其中自动变速的最大的转速变动幅度为±10%，转速变动周期分别为300ms与150ms。

四、结论

刹车盘行业车削过程中，由于多种方面的原因，会产生振动。主要的振动出现在内孔加工与制动面加工工步。内孔加工的振纹可通过调节刀尖高度、增加镗刀杆刚性及选用更合适的刀具消除；制动面加工的振纹可通过选用更合理的双刀结构、调节刀具主偏角、优化工艺改善切削刚性及采用主轴变速的方式消除。

参考文献

[1]郑文英.金属工艺学.高等教育出版社，2008.4.

[2]王琳琳，刘宇飞，董学哲. 变速切削对抑制切削自激振动效果的研究. 齐齐哈尔第一机床厂，2004.

[3]金属切削技术培训手册. SANDVIK Coromant，2017.11.