高鎳鑄鐵排氣管加工工藝研究

吳雁玲，常 鵬，申 帥，于 樂

（1.中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所機(jī)械制造廠，山西 大同 037000；2.中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所質(zhì)量安全處，山西 大同 037000）

引言

中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所傳統(tǒng)的X 系列及部分Y系列的排氣管材料為中硅鐵素體鑄鐵，此種材料耐熱性能不佳，因此Y 系列競(jìng)標(biāo)機(jī)的排氣管采用了高鎳球墨鑄鐵材料，且結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，對(duì)空間尺寸要求更高。為了保證競(jìng)標(biāo)機(jī)試驗(yàn)和后期定型的順利進(jìn)行，針對(duì)新材料的加工成為了此次課題研究的重點(diǎn)[1]。

1 現(xiàn)狀分析

采用常規(guī)工藝路線難以保證精度，加工難度較大，因此列出了以下4 點(diǎn)存在的主要問題及可能的原因來進(jìn)行工藝攻關(guān)，以保證試制過程。

1）材料變化：鎳基[2]材料與傳統(tǒng)中硅材料存在差異，高鎳球墨鑄鐵材料中鎳元素含量由普通鑄鐵的1%左右提高到34%～36%，硬度更高，且黏性大，對(duì)此普通的硬質(zhì)合金刀不適用，刀具材質(zhì)需要重新選擇。

2）結(jié)構(gòu)變化：排氣管氣口處T 型外圓形狀特殊，倒角處是密封面，光潔度要求較高，且該處與法蘭空間很小，因此需要特制形狀的刀具加工，以避免傷到法蘭背面。

3）特殊的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致傳統(tǒng)排氣管的工藝流程、加工工裝及壓緊方式并不適用于110 系列競(jìng)標(biāo)機(jī)排氣管，因此需要制定更合理的工藝路線指導(dǎo)110 系列排氣管的加工過程。

4）材料不同，切削參數(shù)[3]的選用也需要改變：粗鏜、精鏜氣孔需要更加適宜的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量及切削深度。

2 課題目標(biāo)

通過對(duì)110 系列競(jìng)標(biāo)機(jī)排氣管的加工工藝研究，從刀具的材料、形狀，加工時(shí)切削參數(shù)的選擇，以及工裝設(shè)計(jì)、裝卡方式、工藝流程等方面改進(jìn)，保證零件的空間尺寸及加工精度，同時(shí)加工效率、成品率得到一定提高，為高功率密度柴油機(jī)的研制提供保證，同時(shí)為今后的批量生產(chǎn)作準(zhǔn)備。

3 課題開展情況

針對(duì)存在的4 個(gè)主要問題展開了研究試驗(yàn)，過程闡述如下：

1）傳統(tǒng)加工鑄鐵材質(zhì)零件的刀具選用普通硬質(zhì)合金刀，由于高鎳球墨鑄鐵材質(zhì)偏硬，黏性大，加工時(shí)刀片容易斷裂并發(fā)生黏刀現(xiàn)象，經(jīng)過研究選用，制定了一套針對(duì)銑面、鏜孔、攻絲、倒角、倒圓弧用的特殊刀具來加工，詳見表1。選用此類刀具加工高鎳排氣管，刀具磨損量很小，沒有發(fā)生斷刀及黏刀現(xiàn)象，保證了加工精度及表面光潔度。

表1 選用刀具明細(xì)

2）針對(duì)特殊管口的加工。下頁圖1 為右后段排氣管的示意圖?？梢钥吹阶蠖斯芸赥 型外圓與下端法蘭距離很小，最小處不足10 mm，普通刀柄難以探入，因此針對(duì)本次試制加工，定制了特殊形狀尺寸的倒角刀鏜外圓倒角，刀具示意圖見下頁圖2。加工后管口表面光潔度達(dá)到1.6，試裝時(shí)T 型管口可以與波紋管很好地貼合并密封，氣壓試驗(yàn)保證壓力0.3 MPa，時(shí)間3 min 無滲漏現(xiàn)象。

圖1 右后段排氣管的示意圖（單位：mm）

圖2 刀具示意圖（單位：mm）

3）110 系列競(jìng)標(biāo)機(jī)中有兩類較為典型的排氣管，一種以左后段排氣管為例，由圖3 可見，該零件幾個(gè)管口的空間角度多，加工時(shí)空間尺寸靠常規(guī)工藝方法難以保證，針對(duì)此類零件，制定了工藝路線：首先對(duì)毛坯劃線，檢查各部位尺寸，這一步需充分考慮各個(gè)管口空間位置；然后銑三處法蘭面，并鉆法蘭上孔，以此作為后續(xù)加工的基準(zhǔn)面和定位孔；最后鏜各個(gè)氣孔，此工序需制作專用角度工裝以保證空間尺寸，圖4 即為專用角度工裝及裝卡方式。另一類以左排煙管為例（見圖5）。該排氣管總長(zhǎng)410 mm，空間尺寸跨度大，強(qiáng)度低，加工時(shí)位置不易固定，因此需要增加零件的剛度，制作專用的定位彎板。以左端氣口定位，找正零件，并在管壁上找3 個(gè)定位點(diǎn)壓緊，再加工右端管口及螺紋凸臺(tái)。下頁圖6 為專用工裝及裝卡方式。

圖3 排氣管示意圖（單位：mm）

圖4 專用角度工裝及裝卡方式

圖5 左排煙管示意圖（單位：mm）

圖6 左排煙管專用工裝及裝夾方式

4）本輪試制排氣管，在臥式加工中心BTD-200QF和立式加工中心LV-80 上進(jìn)行，用定制的特殊刀具，鏜氣孔選用轉(zhuǎn)速800 r/min，進(jìn)給量120 mm/r，切削深度1 mm，鉆孔選用轉(zhuǎn)速600 r/min，進(jìn)給量150 mm/r。此切削要素參數(shù)的選擇，相比較傳統(tǒng)刀具，切削量增加了30%，切削速度提高了近50%，在保證成品率的前提下，大幅度提高了生產(chǎn)效率。

4 研究成果

1）針對(duì)110 系列10 缸競(jìng)標(biāo)機(jī)中排氣管的特殊材料，從刀具的材料、形狀，加工時(shí)切削參數(shù)的選擇，以及工裝設(shè)計(jì)、裝卡方式、工藝流程等方面進(jìn)行了有效改善，使得加工效率提高了近50%，成品率達(dá)到100%。

2）將此舉措推廣到2020 年加工110 系列12 缸機(jī)的高鎳排氣管中，沒有發(fā)生質(zhì)量問題，為高功率密度柴油機(jī)的順利競(jìng)標(biāo)提供強(qiáng)有力的保障。