缸蓋回油孔高效斷屑刀具的設(shè)計(jì)及運(yùn)用

王鳴，薛飛，王其龍，王冬，王康輝，戈光福，沈鈺承

上汽大眾汽車有限公司 上海 201800

1 序言

發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋腔體內(nèi)布滿了進(jìn)排氣道、氣門導(dǎo)管、挺桿和主油道等多種腔體和孔系結(jié)構(gòu)。如何避免加工時(shí)切屑卡在缸蓋腔體縫隙內(nèi)，對(duì)提升產(chǎn)品質(zhì)量有重要意義。

2 加工存在的問(wèn)題

缸蓋底部有3個(gè)回油孔，其作用是將缸蓋中的低壓潤(rùn)滑油與缸體油腔連通。加工工藝是先采用整體硬質(zhì)合金麻花鉆預(yù)鉆，然后使用焊接有聚晶金剛石的兩刃鏜刀進(jìn)行精加工（見(jiàn)圖1）。

圖1 鉆、鏜加工示意

預(yù)鉆后工件尺寸是φ15.5+0.2+0mm，鏜削后工件尺寸是φ（16±0.2）mm（見(jiàn)圖2），該工藝存在以下問(wèn)題。

圖2 鉆、鏜工序尺寸

1）回油孔底部與油腔相交處形成破孔。鉆頭兩切削刃受力不平衡，同時(shí)鉆尖失去定心作用，易造成扎刀，使刀具折斷。

2）由于麻花鉆螺旋形排屑槽和主切削刃上不同直徑處線速度不同的影響，會(huì)產(chǎn)生螺旋狀的切屑[1]。該切屑有一定的彈性，容易卡在回油孔和油腔體的縫隙中（見(jiàn)圖3）。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，切屑可能被循環(huán)的潤(rùn)滑油沖洗脫落并堵住油道，造成發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法潤(rùn)滑，甚至運(yùn)動(dòng)副咬死。

圖3 卡在缸蓋腔體中的切屑和刀具對(duì)比

3）原工藝需要2把刀具粗加工、精加工才能完成，而加工中心刀庫(kù)1次換刀需要3s[2]，2次換刀生產(chǎn)節(jié)拍較長(zhǎng)。

3 解決措施

通常解決油腔縫隙中易卡屑及破孔處刀具徑向受力不平衡、易折斷的問(wèn)題有如下措施。

1）針對(duì)易卡屑的技術(shù)問(wèn)題，可減少刀具轉(zhuǎn)速，增大進(jìn)給速度，加劇切屑的彎曲應(yīng)變程度，來(lái)促使切屑折斷。但該方法會(huì)加劇破孔處刀具徑向的受力不平衡，增加刀具折斷的風(fēng)險(xiǎn)。

2）采用清洗機(jī)高壓清洗液噴頭對(duì)準(zhǔn)卡屑的缸蓋腔體縫隙定點(diǎn)進(jìn)行沖洗。但切屑經(jīng)過(guò)冷作硬化后，強(qiáng)度較高，卡入縫隙后，切屑像卡簧一樣撐在縫隙內(nèi)，高壓沖洗的壓力不足以將切屑沖走。

3）采用啄鉆的加工策略，即每加工一小段距離后短暫退刀。切削刃與加工表面短暫脫離，達(dá)到斷屑效果。但該方案生產(chǎn)效率較低，且被擠壓成團(tuán)的短切屑還會(huì)卡在縫隙中，改善效果并不明顯。

4 刀具創(chuàng)新

針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種加工缸蓋回油孔的高效斷屑刀具，其創(chuàng)新點(diǎn)如下。

1）設(shè)計(jì)一側(cè)切削刃過(guò)中心的兩刃平頭鉆，直接加工回油孔，代替原有先鉆后鏜的加工方案，即用1把刀具代替原有2把刀具，減少了1次換刀時(shí)間（見(jiàn)圖4）。

圖4 高效斷屑刀具加工示意

2）將原有鏜刀對(duì)稱、沿刀具軸向橫截面相等的排屑槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且較短切削刃一側(cè)的排屑槽截面相等，較長(zhǎng)切削刃一側(cè)的排屑槽截面逐漸減小。刀具在加工過(guò)程中相當(dāng)于1根懸臂梁。刀具的變截面梯度設(shè)計(jì)，既能保證刀具的剛性，又能保證當(dāng)?shù)毒呒庸た咨钪饾u增加時(shí)良好的排屑性能（見(jiàn)圖5、圖6）。

圖5 原刀具

圖6 優(yōu)化后刀具

3）在鏜刀圓角處增加不對(duì)稱的分屑槽，達(dá)到減小切屑的目的。受缸蓋回油孔孔底臺(tái)階圓弧過(guò)渡的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)限制，刀尖圓弧較大。在切削過(guò)程中刀尖圓弧處的切屑薄、寬度大，切削擠壓變形嚴(yán)重，排屑方向不規(guī)律容易引起排屑不暢[3]。通過(guò)不對(duì)稱的分屑槽使得寬切屑變?yōu)檎行迹菀着判肌?/p>

4）利用激光在刀片前刀面，距離刃口0.3mm處燒蝕出斷屑槽。斷屑槽的長(zhǎng)度分別與切削刃長(zhǎng)度相適應(yīng)（見(jiàn)圖7）。斷屑槽加劇切屑變形，使得切屑更容易折斷。

圖7 斷屑槽示意

5）由于原工藝先鉆后鏜，鏜刀的加工余量小，排屑要求并不高?？紤]到新工藝平頭鉆排屑?jí)毫^大，可適當(dāng)加長(zhǎng)排屑槽的長(zhǎng)度，同時(shí)將原金剛石鏜刀的轉(zhuǎn)速由10000r/min改為15000r/min，由恒定進(jìn)給速度2500mm/min改為孔口定心段900mm/min，之后加速至2000mm/min。

5 結(jié)束語(yǔ)

該刀具優(yōu)化后，切屑細(xì)碎，缸蓋腔體縫隙殘留切屑的現(xiàn)象大大減少。由于減少了原工藝預(yù)鉆的硬質(zhì)合金鉆頭，因此單機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍降低5s，刀具成本每年可下降30萬(wàn)元。