淺析發(fā)動(dòng)機(jī)孔加工刀具異常的影響因素

□陳李聽 □關(guān)勇 □朱葛明 □羊奎 □王瑞平，2

1.浙江吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司寧波315800

2.寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司寧波315336

淺析發(fā)動(dòng)機(jī)孔加工刀具異常的影響因素

□陳李聽1□關(guān)勇1□朱葛明1□羊奎1□王瑞平1，2

1.浙江吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司寧波315800

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在汽車零部件制造加工中，刀具異常不僅會(huì)增加成本，而且還會(huì)降低生產(chǎn)效率。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體油道孔加工刀具異常的影響因素進(jìn)行了分析，并論述了相應(yīng)對(duì)策。

發(fā)動(dòng)機(jī)；孔加工；刀具

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能也日益提高。發(fā)動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下需要有更好的潤(rùn)滑，以減小機(jī)械摩擦，延長(zhǎng)各軸承的使用壽命。在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋上有不同形狀的油路，用于對(duì)內(nèi)部各零部件進(jìn)行冷卻與潤(rùn)滑，其中，缸體缸蓋主油道孔為主要潤(rùn)滑油路，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件，特別是平衡軸、曲軸及其它部件的潤(rùn)滑起決定性作用。為保證發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，并擁有良好的動(dòng)力輸出環(huán)境，需要提高主油道孔的加工精度。在機(jī)械加工過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)刀具異常的狀況，刀具異常不僅會(huì)增加成本，而且會(huì)降低生產(chǎn)效率[1]。尤其在加工缸體某單一油道孔時(shí)，經(jīng)常存在刀具被折斷、加工有毛刺等情況[2]，油道孔的深孔加工目前仍是發(fā)動(dòng)機(jī)制造行業(yè)一個(gè)比較棘手的難題。為提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)深孔機(jī)械加工的工藝方法進(jìn)行研究，通過對(duì)加工工藝方法、設(shè)備精度、刀具夾持、刀具結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，使刀具異常率得到有效降低，進(jìn)而使加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率得以提高。

筆者探討發(fā)動(dòng)機(jī)缸體某單一油道孔的產(chǎn)品精度要求、加工過程中的工藝方法與影響因素，以及失效模式與相應(yīng)的對(duì)策等。

1 油道孔加工技術(shù)要求及工藝方法

1.1 材料參數(shù)

就某發(fā)動(dòng)機(jī)油道孔加工工藝進(jìn)行分析，其中缸體為鑄鐵材料，相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 加工材料參數(shù)

1.2 技術(shù)要求

油道孔加工以深孔加工為主，預(yù)鉆為輔，由于預(yù)鉆沒有異常情況發(fā)生，且選擇合理，因此無需對(duì)預(yù)鉆進(jìn)行表述，筆者主要以深孔加工刀具為研究對(duì)象[3]，油道孔加工技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 油道孔加工技術(shù)參數(shù)

通過對(duì)主要影響因素進(jìn)行確認(rèn)并改善，進(jìn)而降低當(dāng)前的斷刀率。

對(duì)于普通四缸機(jī)型而言，主油道孔均為深孔加工，其精度要求和結(jié)構(gòu)決定了加工方法與普通淺孔加工不同。普通淺孔加工均為一次加工到位，而深孔加工需要進(jìn)行預(yù)鉆，加工出引導(dǎo)部分，然后再用深孔鉆加工到位，一般預(yù)鉆孔徑要大于深孔加工孔徑[4]，如圖1所示。

圖1 缸體主油道孔加工示意圖

由圖1可以看出，加工油道孔時(shí)刀具無法實(shí)現(xiàn)在整個(gè)箱體上的貫通，需要旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)繼續(xù)加工另一面。在加工缸體其它部位的淺孔時(shí)，無需旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，因此在加工方式上存在一定差別。

1.3 加工工藝方法

采用臥式加工中心加工，并采用內(nèi)冷噴射，可以有效保證刀具加工中的冷卻、潤(rùn)滑作用[5]。具體工序如下:用直徑12.05 mm預(yù)鉆加工至孔深23.5 mm處，再用直徑12 mm深孔鉆一次加工至156 mm，退刀，然后工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°，繼續(xù)用深孔鉆加工至191 mm貫通。

1.4 刀具的選擇

目前缸體主油道孔的加工主要采用HSK刀柄夾持，每500件換刀一次，材質(zhì)為整體硬質(zhì)合金麻花鉆，冷卻方式為內(nèi)冷，螺旋角度為15°，頂角130°，具有良好的排屑功能，在較深的鉆孔加工中廣泛應(yīng)用。刀具布置如圖2所示，刀具參數(shù)見表3、表4。

圖2 刀具布置

表3 深孔加工刀具主要技術(shù)參數(shù)

表4 主要刀具結(jié)構(gòu)信息

2 加工影響因素

根據(jù)加工工藝流程，對(duì)可能的影響因素進(jìn)行了分析[6]，要因分析魚刺圖如圖3所示，根據(jù)圖3對(duì)各個(gè)可能因素進(jìn)行排查[7]。

刀具異常現(xiàn)狀調(diào)查如圖4所示。由2個(gè)月的異常記錄發(fā)現(xiàn)，鉆頭出現(xiàn)的異常情況均為斷刀。

圖3 要因分析魚刺圖

圖4 斷刀記錄表

刀具異常折斷的主要因素及對(duì)策見表5。

表5 影響要因表

3 影響因素驗(yàn)證

對(duì)加工中刀具異常的影響因素進(jìn)行驗(yàn)證，以確認(rèn)真正原因。

3.1 工藝參數(shù)調(diào)整

用原加工參數(shù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，鉆頭加工存在單邊切削量較大的問題，可能導(dǎo)致切削刃磨損較快，引起刀具加工未到標(biāo)準(zhǔn)換刀頻次時(shí)便已折斷。按理論優(yōu)化值加工參數(shù)進(jìn)行初步調(diào)整[8]，見表6。

根據(jù)表6調(diào)整參數(shù)后，3月3日加工395件又出現(xiàn)刀具折斷，且磨損嚴(yán)重。

表6 工藝參數(shù)調(diào)整表

3.2 更換刀具刀柄夾持方式

目前常見的刀柄可分為熱脹刀柄、液壓刀柄、夾套式刀柄。由于加工方式的不同，刀柄的夾持不同，精度也不同。考慮到待加工鑄鐵件的硬度較高，且剛性較強(qiáng)，而原刀具刀柄為熱脹刀柄，存在剛性夾持工件的狀況，造成加工時(shí)受力不均，導(dǎo)致異常折斷。液壓刀柄為柔性夾持，夾持部位有2 μm左右的迂回反彈量，因此更換為液壓刀柄夾持，其它參數(shù)不變。調(diào)整后，3月8日加工480件，但刀具又出現(xiàn)折斷。

3.3 修改鉆尖形狀

原來深孔鉆采用小橫刃且修整前角，現(xiàn)采用十字修磨法，將鉆尖修磨為小橫刃帶拋物線槽形，如圖5所示。

圖5 鉆尖形狀修改示意圖

常見的鉆尖形式有小橫刃、小橫刃且修整前角、小橫刃帶拋物線槽形、小橫刃帶倒角等。現(xiàn)使用帶拋物線槽形的深孔鉆，鉆削時(shí)產(chǎn)生的切屑沒有卷曲的背曲線，其流動(dòng)方向?yàn)橹本€形，且稍稍扭曲為緞帶狀，切屑可流通，積屑減少，加工效率及加工精度得到提高。修改時(shí)，首先要解決鉆頭槽形的設(shè)計(jì)問題，不僅應(yīng)定心好，減小軸向力，而且需使鉆芯部分有所提高。十字刃磨等于一個(gè)鉆頭出現(xiàn)四條切削刃，使橫刃得到30～80°的前角[9]，作為第二切削刃進(jìn)行切削，增加了普通麻花鉆芯處副前角，提高了刀尖的強(qiáng)度。

調(diào)整后3月27日，加工149件刀具又出現(xiàn)折斷。

3.4 修改刀具內(nèi)冷孔出水方向

考慮到鉆頭在鉆削中產(chǎn)生的鉆削熱有80%～90%在切削刃上，為降低鉆削熱的影響，如何使切屑盡快脫離刀具是個(gè)重要課題[10]。深孔鉆的冷卻方式和普通麻花鉆一樣，深孔鉆與孔壁之間的空隙比較大，且緞帶狀切屑沿著槽面上升，在槽面的相對(duì)背面處有很大空隙，潤(rùn)滑冷卻液可以通過此處進(jìn)入到較深深度，由此提高深孔鉆鉆尖的潤(rùn)滑和冷卻效果。因此，修改出水孔方向提高排屑能力，進(jìn)而保證深孔加工的高效率，使切屑沿大角度螺旋槽迅速排至孔外。

圖6 鉆尖內(nèi)冷孔出水方向修改

修改后試切500件，刀具未出現(xiàn)異常折斷，正常換刀。

4 分析結(jié)論

經(jīng)過工藝參數(shù)調(diào)整、更換刀具刀柄夾持方式、修改鉆尖形狀和修改刀具內(nèi)冷孔出水方向的驗(yàn)證試驗(yàn)，確認(rèn)刀具內(nèi)冷孔出水方向?qū)Φ毒呤褂脡勖挠绊懽畲?，是深孔加工刀具異常的主要影響因素。修改了刀具的?nèi)冷孔出水方向，取得了滿意的效果。

5 結(jié)束語

影響缸體油道孔加工刀具異常的主要因素有切削參數(shù)、刀具材質(zhì)及結(jié)構(gòu)、刀具夾持方式、排屑方式等，在排查刀具異常情況時(shí)需要綜合考慮各種因素，包括設(shè)備主軸有無異常、工件夾具壓力、定位銷有無磨損、工件材質(zhì)有無雜質(zhì)凸點(diǎn)等。只有經(jīng)過綜合考慮且反復(fù)試驗(yàn)，才能提高刀具的加工效率，減少換刀頻次，降低刀具成本。

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上海電氣太陽能電池組件項(xiàng)目落地重慶

日前，上海電氣、神華、曼茲三方合作重慶神華銅銦鎵硒薄膜太陽能電池組件項(xiàng)目簽約。太陽能是全球能源發(fā)展的重點(diǎn)方向，銅銦鎵硒薄膜則是太陽能行業(yè)的重要技術(shù)。上海電氣2016年出資收購(gòu)德國(guó)曼茲公司19.67%股權(quán)后，隨即啟動(dòng)與神華、曼茲在銅銦鎵硒太陽能薄膜電池領(lǐng)域的戰(zhàn)略合作談判。三方合作產(chǎn)物重慶神華銅銦鎵硒薄膜太陽能電池組件項(xiàng)目總投資25.5億元，落戶于重慶兩江新區(qū)水土高新園，預(yù)計(jì)產(chǎn)能306 MW，年產(chǎn)值達(dá)10億元。

In manufacturing and processing of auto parts,cutter abnormalities will not only increase the costs,but also reduce production efficiency.The influence factors of the cutter abnormity during processing of oil passage in the engine block were analyzed,and the corresponding countermeasures were discussed.

Engine；Bore Processing；Cutter

TH122；TG52

B

1672-0555（2017）01-060-04

2016年7月

陳李聽（1988—），男，大專，工程師，主要負(fù)責(zé)刀具管理工作