干式加工技術(shù)在卡特缸體曲軸孔加工中應(yīng)用

■ 宜賓普什聯(lián)動(dòng)科技有限公司 （四川 644000） 高 超 張 強(qiáng) 李建松 鄧 寧

卡特彼勒M20G缸體是CAT公司為占領(lǐng)中國(guó)市場(chǎng)份額，為中國(guó)國(guó)產(chǎn)化船用發(fā)電機(jī)組缸體量身設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，完全契合普什聯(lián)動(dòng)公司的核心主營(yíng)業(yè)務(wù)——?jiǎng)恿α悴考Ｍㄟ^與CAT公司的多次溝通和交流，對(duì)方同意將本項(xiàng)產(chǎn)品由設(shè)計(jì)、毛坯制造、粗加工、精加工和裝配等一體化“交鑰匙”工程實(shí)施交由普什聯(lián)動(dòng)公司完成。本次項(xiàng)目的合作，也是CAT公司首次將機(jī)體一體化交由一個(gè)供應(yīng)商完成。

該缸體屬于中型發(fā)電機(jī)缸體，材質(zhì)為QT450-10，產(chǎn)品幾何公差要求高，特別是曲軸孔，表面粗糙度值Ra=0.8μm，直線度為φ0.03mm/660mm，全長(zhǎng)φ0.06mm，如圖1所示。要想達(dá)到圖樣的直線度和表面粗糙度要求，工廠現(xiàn)有設(shè)備的精度及刀具加工效果，無法滿足精度要求，只能自行設(shè)計(jì)非標(biāo)刀具，選擇適合我們公司的加工方法。

圖1

1. 工藝方案

干式加工是指在加工過程中不使用切削液的加工方法，隨著切削廢液處理成本的增加和環(huán)保壓力的加劇，越來越多的企業(yè)開始研究并應(yīng)用干式加工技術(shù)。干式加工技術(shù)從原理上講并不是一項(xiàng)新的技術(shù)，已經(jīng)在生產(chǎn)中有較長(zhǎng)的應(yīng)用時(shí)間，具有以下特點(diǎn)：

（1）經(jīng)濟(jì)性。目前我公司使用的切削液品牌為蜀光，價(jià)格7 500元/180kg，費(fèi)用占加工成本的15%左右，刀具消耗的費(fèi)用占加工成本的5%左右，切削液消耗費(fèi)用是刀具消耗費(fèi)用的3倍。同時(shí)，干式加工省去了切削液的管理和處理費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本。

（2）環(huán)保方面。加工過程中的切削液會(huì)飄散在空氣中，造成工作場(chǎng)地局部環(huán)境污染，有害人體健康。干式加工的應(yīng)用，可減少切削液的使用，降低環(huán)境污染。

（3）可行性。由于刀具材料的改進(jìn)和涂層技術(shù)的應(yīng)用，使得干式加工在機(jī)械制造領(lǐng)域變?yōu)榭赡堋Ｌ貏e是新性能硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石等刀具，有足夠的耐高溫磨損性能，能夠在干式加工條件下使用。

M20G缸體型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是曲軸孔半圓內(nèi)的潤(rùn)滑油道與各主油道、支油道相連接，清洗難度極大，由于切削液含有防腐劑，混合切屑粘到工件上很難去除，影響產(chǎn)品表面油漆質(zhì)量。為最大限度保證產(chǎn)品質(zhì)量，在曲軸孔加工過程中選擇使用干式加工技術(shù)。在實(shí)際加工中就是將壓縮空氣和少量潤(rùn)滑油霧混合氣化后噴射到加工區(qū)，對(duì)加工部分進(jìn)行潤(rùn)滑，其效果十分明顯。既滿足了加工的要求，又減少了與切削液有關(guān)的費(fèi)用。

2. 刀具的設(shè)計(jì)與制作

干式加工就是要在沒有切削液的條件下，創(chuàng)造具有與濕切削相同或相近的的切削條件。因此，對(duì)刀具提出了更高的要求，干式加工刀具除要有普通刀具的基本性能外，還應(yīng)具有以下特殊性：

（1）刀具應(yīng)具有更高的強(qiáng)度和耐沖擊韌性、優(yōu)異的耐高溫性能。切屑和刀具之間的摩擦系數(shù)要盡可能小，加工時(shí)，在切削區(qū)域產(chǎn)生的高溫會(huì)造成化學(xué)不穩(wěn)定性，極易產(chǎn)生積屑瘤，加劇刀具磨損。

（2）目前適用于干式加工的刀具材料有硬質(zhì)合金、陶瓷、金屬陶瓷和金剛石等。刀具材料可通過涂層處理，來減小切削和刀具之間的摩擦系數(shù)，涂層的作用就像一層熱屏障，因?yàn)樗斜鹊毒邫C(jī)體和工件材料低得多的熱傳導(dǎo)系數(shù)，可阻止將熱量傳遞到刀具基體，保證刀具切削刃鋒利，降低產(chǎn)品表面粗糙度值。

（3）為保證φ0.03mm/660mm，全長(zhǎng)φ0.06mm的直線度，要求在精加工過程中不允許更換刀片，必須一次加工完成缸體7檔φ190mm曲軸孔。

綜上所述，根據(jù)刀具材料和涂層，刀具壽命等性能要求，結(jié)合曲軸孔粗糙度和直線度要求，我們選擇了高邁特M31.01042的鏜刀夾和W30.26120.0430的陶瓷刀片，根據(jù)車間機(jī)床附件頭的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)制造了曲軸孔非標(biāo)鏜刀，刀具結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3. 加工過程控制

粗加工時(shí)，缸體和軸承蓋曲軸孔半圓分別加工至φ185mm，然后進(jìn)行軸承蓋裝配，裝配完成后，缸體曲軸孔直徑為185mm，即留有5mm加工余量。半精加工時(shí)，我們選擇了車間的OKUMA龍門機(jī)床，利用超薄臥頭，從自由端到飛輪端進(jìn)行半精鏜至φ189.5mm，然后換上自制非標(biāo)鏜刀，進(jìn)行精加工，如圖3所示。

精加工時(shí)，轉(zhuǎn)速300～350 r/min，進(jìn)給量20～25mm/r，吃刀量0.01～0.15mm，將曲軸孔精鏜至φ189.8mm時(shí)，用瑞典Easylaser激光對(duì)同軸度儀在線檢測(cè)曲軸孔同軸度，若滿足直線度要求，則說明機(jī)床和刀具性能良好，不用進(jìn)行坐標(biāo)補(bǔ)償，若不滿足要求，則根據(jù)同軸度儀顯示差值，進(jìn)行差值計(jì)算，并進(jìn)行坐標(biāo)補(bǔ)償。完成直線度在線檢測(cè)后，根據(jù)剩余加工余量，調(diào)整刀具直徑至圖樣孔徑要求，一次加工到位，中途不允許更換刀片和暫停加工，否則將影響產(chǎn)品直線度和粗糙度。加工完成后進(jìn)行三坐標(biāo)全尺寸檢測(cè)，如圖4所示。

圖2

圖4

4. 結(jié)語

通過對(duì)卡特M20G缸體的分析和研究，我們選擇了干式加工技術(shù)作為曲軸孔加工的工藝方法，通過對(duì)干式加工技術(shù)的研究，自制了非標(biāo)刀具，找到了合理的加工參數(shù)，摸索出了一條新的柴油機(jī)缸體曲軸孔加工方法，為同類零件的加工提供了有效的工藝借鑒手段，在實(shí)際生產(chǎn)過程中有較大的指導(dǎo)意義。同時(shí)，與以往的加工方法相比，干式加工技術(shù)更加節(jié)約資源、更加環(huán)保，可以有效解決切削液回收和處理的問題，是企業(yè)研究的重點(diǎn)方向之一。

參考文獻(xiàn)：

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