交叉孔系薄壁異形缸筒內(nèi)孔加工技術(shù)

■山西航天清華裝備有限責(zé)任公司 （山西長治 046012） 艾 敏 王 威 魏 武 李 剛 文國軍

典型交叉孔系薄壁異形缸筒結(jié)構(gòu)如圖1所示，此零件很難加工成形，在加工時存在如下幾個問題。

（1）異形薄壁主孔加工易變形 首先，由于缸筒形狀為異形，因此不易裝夾。采用非契合缸筒形狀的夾具（如壓板、鏈條等）夾緊后，主孔會產(chǎn)生裝夾變形。其次，缸筒成品壁?。?.5～9.5mm），主孔加工完成后會由于加工、裝夾等應(yīng)力而產(chǎn)生變形。

（2）臺階兼交叉孔加工幾何公差難保證 大旁孔中內(nèi)孔為臺階孔，統(tǒng)一鉆削底孔后，分別進(jìn)行鏜削或鉸削而成，這樣必然會產(chǎn)生重復(fù)定位、裝夾及加工誤差，從而導(dǎo)致很難保證臺階孔的同軸度。此外，大旁孔主孔底部與水平小孔呈90°交叉，在大旁孔中各臺階孔進(jìn)行底孔鉆削時，會受到水平小孔影響，導(dǎo)致切削力不均而使鉆頭產(chǎn)生漂移，從而使大旁孔中各臺階孔的垂直度難以保證。

（3）臺階半盲孔加工難清根 小旁孔中內(nèi)孔為臺階孔，由于臺階孔相接處無退刀及排屑結(jié)構(gòu)，所以難以對小旁孔中大孔的底部清根。

圖1 典型交叉孔系薄壁異形缸筒結(jié)構(gòu)

圖2 主孔及大旁孔結(jié)構(gòu)

1. 技術(shù)分析

典型交叉孔系薄壁異形缸筒主孔及大旁孔結(jié)構(gòu)如圖2所示，小旁孔結(jié)構(gòu)如圖3所示。缸筒結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

圖3 小旁孔結(jié)構(gòu)

由表1可知，每組加工要素的要求均很高，需要進(jìn)行精加工。根據(jù)以上圖、表分析，該結(jié)構(gòu)的加工難點主要有3個方面。

表1 缸筒結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖4 交叉孔系薄壁異形缸筒內(nèi)孔系加工流程

2. 實施方案

針對通用加工技術(shù)的缺陷，采取契合裝夾高速分層切削滾壓成形、復(fù)合刀具分步加工成形及自制刀具清根的復(fù)合加工等技術(shù)，實現(xiàn)對薄壁異形缸筒交叉孔系內(nèi)孔進(jìn)行有效加工的目的?；谝陨霞夹g(shù)分析及思路，設(shè)計加工工藝流程，如圖4所示。各工序具體內(nèi)容如下。

（1）專用工裝夾緊缸筒 根據(jù)交叉孔系薄壁異形缸筒外部結(jié)構(gòu)，設(shè)計采用專用工藝裝備夾緊缸筒外形。

因缸筒為不規(guī)則的異形，為了在夾緊時與缸筒外形更好地契合，從而將裝夾力減到最小，以使裝夾變形減到最小，采用了專用工裝水平壓緊缸筒的裝夾方法。典型交叉孔系薄壁異形缸筒外形夾緊專用工裝結(jié)構(gòu)如圖5所示。

（2）主孔數(shù)控分層高速切削 粗鏜主孔內(nèi)壁時，利用數(shù)控編程分層切削，進(jìn)刀為高速、大徑向切削深度及小軸向進(jìn)給的方式。粗鏜過程分多次，每次切削深度一般為1mm左右。

加工過程中保持工件穩(wěn)定性很重要。機(jī)加時，隨著工件壁厚的減少，其剛性也會降低。機(jī)加應(yīng)力累計增大并持續(xù)釋放，會導(dǎo)致工件變形增大。以上兩個因素均會導(dǎo)致切削振顫，從而使得工件加工精度降低，因此需分別采取有效措施，克服這兩個加工弊端。

對于工件剛度降低的問題，采用以工件還未加工的部分支撐正在加工的部分，從而提高工件剛度的方法克服。

對于機(jī)加應(yīng)力增大導(dǎo)致工件變形的問題，采用數(shù)控分層高速切削的方法，最大限度減小切削應(yīng)力。即粗鏜內(nèi)壁時，利用數(shù)控編程分層切削，進(jìn)刀為高速、大徑向切削深度及小軸向進(jìn)給的方式。

（3）主孔滾壓 ①微松夾緊壓板。為釋放粗加工應(yīng)力、減小夾緊力對缸筒產(chǎn)生的變形，在精加工前，先將缸筒兩端的夾緊壓板緊固螺釘稍微松開。②精鏜主孔。用防振鏜刀加工主內(nèi)孔，一般切削速度170～200m/min，進(jìn)給量0.1mm/r左右，使內(nèi)孔加工到最終尺寸的下偏差。③滾壓主孔。滾壓時一般切削速度35～70m/min，進(jìn)給量0.5～1.5mm/r。第一次滾壓時，過盈量適量加大，達(dá)到0.02mm，之后再分多次滾壓，過盈量不超過0.005mm，直到達(dá)到要求公差和表面粗糙度值為止。

（4）大旁孔鉆底引導(dǎo)孔 用鉆頭鉆出底引導(dǎo)孔。

（5）大旁孔銑引導(dǎo)孔 銑刀制出引導(dǎo)孔，為后續(xù)鉆孔工步進(jìn)行定位。

（6）大旁孔鉆底孔 用鉆頭鉆出底孔。

（7）大旁孔精鏜 精鏜大旁孔至其尺寸的下偏差。

（8）大旁孔階梯成形鉸刀鉸孔 加工中心主軸裝夾階梯成形鉸刀，以精鏜成的大旁孔定位，鉸削成大旁孔下的小孔。典型階梯成形鉸刀結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖5 專用工裝設(shè)備

圖6 典型階梯成形鉸刀

（9）大旁孔滾壓 滾壓成大旁孔，方法同滾壓主孔。

（1 0）小旁孔鉆削 用鉆頭鉆出底孔。由于內(nèi)孔為細(xì)長臺階孔，在加工時注意保持排屑順暢，以免劃傷孔壁，導(dǎo)致鉸孔時無法保證表面粗糙度。

（11）小旁孔精鉸 用鉸刀精鉸細(xì)長孔，切削速度6～9m/min，進(jìn)給量0.25mm/r，這樣能夠較好地保證細(xì)長孔的公差和表面粗糙度。

（1 2）小旁孔自制銑刀清根 由于鉸刀前面有導(dǎo)向部分，從而使細(xì)長孔底部處有3～5mm無法鉸到，需自制銑刀清孔的根部。自制銑刀時，選用硬質(zhì)合金銑刀，先測量刀具外徑實際尺寸，再磨削刃部，只留5m m左右，之后將銑刀中間部分磨去一些，這樣自制完成的銑刀有利于切削液流入，進(jìn)行潤滑、降溫和切屑排出，從而有效防止了孔壁劃傷，保證了零件的尺寸精度。典型自制銑刀結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 典型自制銑刀

在加工過程中注意以下兩點：一是鉆削底孔時，鉆頭兩邊切削刃磨削長度須平齊，以保證鉆出的孔同軸；二是對于精細(xì)長孔，在加工時應(yīng)注意排屑以及保證表面粗糙度等問題。

3. 實施效果

（1）加工結(jié)果對比 典型交叉孔系薄壁異形缸筒加工結(jié)果見表2。

（2）效果統(tǒng)計 經(jīng)采用交叉孔系薄壁異形缸筒內(nèi)孔加工方法取得了以下效果：①叉孔系薄壁異形缸筒內(nèi)孔系的同軸度≤0.03mm，垂直度≤0.015mm，圓柱度≤0.02mm。②交叉孔系薄壁異形缸筒內(nèi)孔系的表面粗糙度值Ra≤0.4μm。

表2 典型交叉孔系薄壁異形缸筒加工結(jié)果

4. 結(jié)語

通過對交叉孔系薄壁異形缸筒內(nèi)孔加工技術(shù)的探討，分析了通用加工技術(shù)的不足，解決了該類結(jié)構(gòu)件難加工的問題，可得出以下結(jié)論。

1）契合裝夾高速分層切削滾壓成形工藝，可實現(xiàn)缸筒主孔的無變形穩(wěn)態(tài)加工，解決異形薄壁主孔加工易變形問題。

2）復(fù)合刀具分步加工成形工藝，可實現(xiàn)同一定位、一次裝夾及一次加工條件下的臺階孔加工，解決了臺階兼交叉孔加工幾何公差難保證的問題。

3）自制刀具清根工藝，可實現(xiàn)臺階孔相接處無退刀及排屑結(jié)構(gòu)條件下的加工，解決臺階半盲孔加工難清根問題。

在以上措施的綜合作用下，實現(xiàn)了交叉孔系薄壁異形機(jī)械構(gòu)件內(nèi)孔的有效加工。