柴油機(jī)機(jī)體缸頭螺紋孔加工工藝的研究與優(yōu)化

萬(wàn)傳廣 武廣友

【摘? 要】針對(duì)240型整體鑄造機(jī)體缸頭螺紋孔加工時(shí)存在的工件毛坯硬度大、形位公差和精度要求高等問(wèn)題，采用一系列改進(jìn)辦法，保證了機(jī)體缸頭螺紋孔的高質(zhì)量加工，且提高了生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】柴油機(jī)機(jī)體;缸頭螺紋孔;加工方法;改進(jìn)

16V240ZJF型柴油機(jī)機(jī)體是大連機(jī)輛公司自主開(kāi)發(fā)的專利產(chǎn)品，它是D型內(nèi)燃機(jī)車和船用柴油機(jī)的主體部分。該機(jī)體的整鑄毛坯材質(zhì)為球墨鑄鐵，體積大，形狀復(fù)雜，設(shè)計(jì)要求精度高，加工難度大。在使用加長(zhǎng)麻花鉆和擴(kuò)孔鉆加工缸頭螺紋孔時(shí)，由于麻花鉆剛性不好、材料組織不均勻等因素造成底孔加工軌跡偏移，擴(kuò)孔鉆無(wú)法修正，使缸頭螺紋孔達(dá)不到圖紙的技術(shù)要求。所以為保證質(zhì)量，提高效率，對(duì)螺紋孔的加工方法進(jìn)行了改進(jìn)。

1? 加工方案分析

機(jī)體上端V形平面氣缸孔周圍，均勻分布6個(gè)深度為150mm的M36*3精密螺紋孔，用于旋入雙頭螺栓固定氣缸蓋和氣缸套。

在加工缸頭螺紋孔時(shí)，傳統(tǒng)的加工工藝是：第一步，用φ32加長(zhǎng)麻花鉆鉆底孔至150mm深;第二步，用φ38麻花鉆鉆孔至70mm深;第三步，用φ33擴(kuò)孔鉆擴(kuò)底孔至147 mm深;第四步，攻M36×3-6H螺紋至138mm深。

從螺紋底孔的加工分析，底孔的大小、孔壁粗糙度、直線度、位置度等等都將會(huì)影響到螺紋的最終加工精度。如前道工序加工的底孔位置尺寸偏離量偏大，導(dǎo)致后道工序加工的螺紋刀具與底孔不重合，螺紋刀具的導(dǎo)向性下降，易造成絲錐折斷、夾刀等等。

用麻花鉆鉆孔切削速度低，并且在鉆孔過(guò)程中由于孔太深需要反復(fù)排屑，造成生產(chǎn)效率低。螺紋孔數(shù)量龐大（6x16）造成數(shù)控程序十分煩瑣，而且容易出錯(cuò)，并且程序的通用性不強(qiáng)。

利用復(fù)合淺孔鉆代替麻花鉆和擴(kuò)孔鉆，一次完成螺紋底孔的加工，復(fù)合加工是提高加工效率的一個(gè)非常有效的手段，該刀具具有高壓冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)，可將上述鉆擴(kuò)三道工序簡(jiǎn)化為一次連續(xù)走刀完成相當(dāng)深度的高精度和低表面粗糙度的孔加工。但如果采用復(fù)合淺孔鉆，由于鉆削動(dòng)作變得相對(duì)復(fù)雜和連續(xù)，就必須修改加工中心機(jī)床的加工程序，采用宏程序編制主程序和鉆削循環(huán)CYCLE830，使用變量R參數(shù)給循環(huán)提供參數(shù)。通過(guò)修改R參數(shù)來(lái)增強(qiáng)數(shù)控程序的通用性。

2? 改進(jìn)后的加工方法

2.1? 編寫(xiě)加工中心機(jī)床鉆削加工程序

2.1.1? 編寫(xiě)帶有保護(hù)功能的主程序

在程序編制中，采用了宏程序編制主程序。宏程序是程序編制的高級(jí)形式，具有很強(qiáng)的通用性，并且簡(jiǎn)單易讀，只需針對(duì)各項(xiàng)加工參數(shù)所對(duì)應(yīng)的自變量賦值做出個(gè)別調(diào)整，就能迅速的將程序調(diào)整到其他型號(hào)柴油機(jī)機(jī)體缸頭螺紋孔的加工。主程序中部分參數(shù)如下：

該主程序?qū)⒙菁y孔的坐標(biāo)尺寸用最短的程序段表示出來(lái)，從生產(chǎn)實(shí)際情況反映，編寫(xiě)的程序相對(duì)比較簡(jiǎn)潔，具有很好的易讀性和易修改性。在主程序中編制了檢驗(yàn)坐標(biāo)值語(yǔ)句，如果其中某一數(shù)值在編輯過(guò)程中輸入了一個(gè)錯(cuò)誤的數(shù)值，則產(chǎn)生一個(gè)故障信息，并且中斷該程序的執(zhí)行，大大降低了機(jī)床碰撞和加工錯(cuò)誤的可能性。

2.1.2? 程序運(yùn)行前的模擬測(cè)試

為了使編制的程序能安全運(yùn)行，在機(jī)床中對(duì)編制的主程序和鉆削循環(huán)進(jìn)行模擬。首先，設(shè)定模擬相關(guān)參數(shù)，然后，對(duì)程序進(jìn)行模擬，檢驗(yàn)坐標(biāo)值是否正確，刀具運(yùn)行的軌跡是否合理，如果R參數(shù)輸入錯(cuò)誤，模擬軟件會(huì)及時(shí)報(bào)警，提示報(bào)警信息，編程員就能根據(jù)信息查找故障并做出修改。

2.2? 改進(jìn)螺紋底孔的鉆削刀具和加工工藝

2.2.1? 復(fù)合淺孔鉆的改進(jìn)

根據(jù)圖紙要求德國(guó)刀具商提供的標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合淺孔鉆參數(shù)如下：刀體直徑為30mm，刀桿總長(zhǎng)230mm，排屑槽為10°螺旋槽。切削參數(shù)為 n=960r/min，F(xiàn)=220mm/min（f=0.229mm/r）切削速度為99.475m/min，但是在試切過(guò)程中因刀體直徑明顯小于底孔直徑、刀桿長(zhǎng)排屑不暢，切削刀尖的切削阻力經(jīng)由刀桿傳遞到主軸，使刀桿承受彎曲力矩，最終刀桿產(chǎn)生撓曲，造成加工尺寸的誤差和切削顫動(dòng)，影響螺紋底孔的質(zhì)量。

根據(jù)多年的用刀經(jīng)驗(yàn)，向刀具供應(yīng)商提出了刀具的改進(jìn)方案，將φ33mm與φ38mm之間的刀體直徑改成略小于φ33底孔，刀桿總長(zhǎng)改為190mm，排屑槽改為直槽，改進(jìn)后的刀具排屑順暢，減少了刀桿所承受的力矩和切削阻力，防止及消除了刀桿的撓曲和顫動(dòng)的發(fā)生。

2.2.2? 復(fù)合淺孔鉆的切削參數(shù)的設(shè)定

按照刀具供應(yīng)商提供的切削參數(shù)加工螺紋孔時(shí)，出現(xiàn)了刀具使用壽命短的問(wèn)題。對(duì)毛坯的鑄造質(zhì)量（硬度、雜質(zhì)、縮孔等），刀具的材質(zhì)及切削產(chǎn)生熱量的原因進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在復(fù)合鉆切削過(guò)程中，由于切削溫度的驟然升高，會(huì)直接影響到刀具壽命。

從切削加工的理論推理：切削速度Vc的影響最大，Vc增加一倍，切削溫度約增加32﹪;進(jìn)給量f影響其次，f增加一倍，切削溫度約增加18﹪;Vc增加使摩擦生熱增多，f增加因切削變形增加較少，故熱量增加不多。此外，使刀面與切屑接觸面積增大，改善了散熱條件。根據(jù)這一理論分析，使用逆向思維推理，采用降低復(fù)合鉆加工中的切削速度Vc，提高加工的進(jìn)給量f，就可以降低復(fù)合鉆加工中的熱量。

在實(shí)際操作中，將切削參數(shù)設(shè)定為n=800r/min，F(xiàn)=276mm/min（相當(dāng)于f=0.345mm/r），切削速度為82.896m/min，為了保證位置精度，又將進(jìn)給量由原來(lái)恒定的0.345mm/r改為在開(kāi)始15 mm階段減小為0.12mm/r，然后再加大到0.345mm/r。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)測(cè)試表明，刀片的耐用度有了很大提高。

2.3 切削液的合理使用

鉆孔時(shí)使用MCT_1型冷卻液，按9%的配比量進(jìn)行配制，為了提高底孔的加工質(zhì)量和刀具壽命，必須使用內(nèi)冷卻液，使切削液及時(shí)滲透到刀刃上，消除由于變形及摩擦所產(chǎn)生的熱量，抑制積屑瘤的生成，減少刀刃及支撐的摩擦磨損，保證刀具在切削區(qū)的高溫下保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，使切屑能順利排出，進(jìn)一步降低工件的加工表面粗糙度值。

在攻絲時(shí)使用與MCT_1型冷卻液同一個(gè)公司生產(chǎn)的MCT_3型極壓切削油，該切削油不僅抗擠壓性能好，而且具有溶水性的特點(diǎn)，在完成攻絲后所產(chǎn)生的余油可以彌補(bǔ)機(jī)床冷卻液中切削油的損失量，防銹性能好，且對(duì)機(jī)床不會(huì)造成污染，可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

3? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于采用了宏程序編制主程序，提高程序的通用性，對(duì)復(fù)合淺孔鉆的改進(jìn)和切削參數(shù)的設(shè)定等方法，加工整臺(tái)機(jī)體缸頭螺紋孔可減少加工時(shí)間達(dá)6.1小時(shí)，且完全保證圖紙規(guī)定的尺寸、精度和各項(xiàng)技術(shù)要求。

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（作者單位：中車大連機(jī)車車輛有限公司柴油機(jī)公司）