淺析發動機孔加工刀具異常的影響因素

□陳李聽 □關勇 □朱葛明 □羊奎 □王瑞平，2

1.浙江吉利羅佑發動機有限公司寧波315800

2.寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司寧波315336

淺析發動機孔加工刀具異常的影響因素

□陳李聽1□關勇1□朱葛明1□羊奎1□王瑞平1，2

1.浙江吉利羅佑發動機有限公司寧波315800

2.寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司寧波315336

在汽車零部件制造加工中，刀具異常不僅會增加成本，而且還會降低生產效率。對發動機缸體油道孔加工刀具異常的影響因素進行了分析，并論述了相應對策。

發動機；孔加工；刀具

隨著發動機技術的不斷發展，發動機的性能也日益提高。發動機在高速運轉的狀態下需要有更好的潤滑，以減小機械摩擦，延長各軸承的使用壽命。在發動機缸體缸蓋上有不同形狀的油路，用于對內部各零部件進行冷卻與潤滑，其中，缸體缸蓋主油道孔為主要潤滑油路，對發動機的零部件，特別是平衡軸、曲軸及其它部件的潤滑起決定性作用。為保證發動機高速運轉，并擁有良好的動力輸出環境，需要提高主油道孔的加工精度。在機械加工過程中，經常會出現刀具異常的狀況，刀具異常不僅會增加成本，而且會降低生產效率[1]。尤其在加工缸體某單一油道孔時，經常存在刀具被折斷、加工有毛刺等情況[2]，油道孔的深孔加工目前仍是發動機制造行業一個比較棘手的難題。為提高發動機性能，對發動機深孔機械加工的工藝方法進行研究，通過對加工工藝方法、設備精度、刀具夾持、刀具結構可靠性進行驗證，使刀具異常率得到有效降低，進而使加工質量和生產效率得以提高。

筆者探討發動機缸體某單一油道孔的產品精度要求、加工過程中的工藝方法與影響因素，以及失效模式與相應的對策等。

1 油道孔加工技術要求及工藝方法

1.1 材料參數

就某發動機油道孔加工工藝進行分析，其中缸體為鑄鐵材料，相關參數見表1。

表1 加工材料參數

1.2 技術要求

油道孔加工以深孔加工為主，預鉆為輔，由于預鉆沒有異常情況發生，且選擇合理，因此無需對預鉆進行表述，筆者主要以深孔加工刀具為研究對象[3]，油道孔加工技術參數見表2。

表2 油道孔加工技術參數

通過對主要影響因素進行確認并改善，進而降低當前的斷刀率。

對于普通四缸機型而言，主油道孔均為深孔加工，其精度要求和結構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，而深孔加工需要進行預鉆，加工出引導部分，然后再用深孔鉆加工到位，一般預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，加工油道孔時刀具無法實現在整個箱體上的貫通，需要旋轉工作臺繼續加工另一面。在加工缸體其它部位的淺孔時，無需旋轉工作臺，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，并采用內冷噴射，可以有效保證刀具加工中的冷卻、潤滑作用[5]。具體工序如下:用直徑12.05 mm預鉆加工至孔深23.5 mm處，再用直徑12 mm深孔鉆一次加工至156 mm，退刀，然后工作臺旋轉180°，繼續用深孔鉆加工至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，材質為整體硬質合金麻花鉆，冷卻方式為內冷，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用。刀具布置如圖2所示，刀具參數見表3、表4。

圖2 刀具布置

表3 深孔加工刀具主要技術參數

表4 主要刀具結構信息

2 加工影響因素

根據加工工藝流程，對可能的影響因素進行了分析[6]，要因分析魚刺圖如圖3所示，根據圖3對各個可能因素進行排查[7]。

刀具異常現狀調查如圖4所示。由2個月的異常記錄發現，鉆頭出現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策見表5。

表5 影響要因表

3 影響因素驗證

對加工中刀具異常的影響因素進行驗證，以確認真正原因。

3.1 工藝參數調整

用原加工參數計算發現，鉆頭加工存在單邊切削量較大的問題，可能導致切削刃磨損較快，引起刀具加工未到標準換刀頻次時便已折斷。按理論優化值加工參數進行初步調整[8]，見表6。

根據表6調整參數后，3月3日加工395件又出現刀具折斷，且磨損嚴重。

表6 工藝參數調整表

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，而原刀具刀柄為熱脹刀柄，存在剛性夾持工件的狀況，造成加工時受力不均，導致異常折斷。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，其它參數不變。調整后，3月8日加工480件，但刀具又出現折斷。

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。現使用帶拋物線槽形的深孔鉆，鉆削時產生的切屑沒有卷曲的背曲線，其流動方向為直線形，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，首先要解決鉆頭槽形的設計問題，不僅應定心好，減小軸向力，而且需使鉆芯部分有所提高。十字刃磨等于一個鉆頭出現四條切削刃，使橫刃得到30～80°的前角[9]，作為第二切削刃進行切削，增加了普通麻花鉆芯處副前角，提高了刀尖的強度。

調整后3月27日，加工149件刀具又出現折斷。

3.4 修改刀具內冷孔出水方向

考慮到鉆頭在鉆削中產生的鉆削熱有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，在槽面的相對背面處有很大空隙，潤滑冷卻液可以通過此處進入到較深深度，由此提高深孔鉆鉆尖的潤滑和冷卻效果。因此，修改出水孔方向提高排屑能力，進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 鉆尖內冷孔出水方向修改

修改后試切500件，刀具未出現異常折斷，正常換刀。

4 分析結論

經過工藝參數調整、更換刀具刀柄夾持方式、修改鉆尖形狀和修改刀具內冷孔出水方向的驗證試驗，確認刀具內冷孔出水方向對刀具使用壽命的影響最大，是深孔加工刀具異常的主要影響因素。修改了刀具的內冷孔出水方向，取得了滿意的效果。

5 結束語

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

[1]梁繼海.深孔加工技術淺談[J].商情，2009（22）：50.

[2]王峻.現代深孔加工技術[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2005.

[3]陳永亮，齊洪斌，杜保明，等.深孔加工[J].機械制造，2001，39（2）：14-16.

[4]劉運敏.深孔加工技術淺談[J].洪都科技,1989（3）：4-7.

[5]余承輝.機械制造基礎[M].上海：上海科學技術出版社，2009.

[6]白桂玲，李愛勤，宋君廣.薄壁缸體加工工藝分析[J].機械制造，2007，45（6）：41-42.

[7]盧健林.加工蠕墨鑄鐵材質刀具折斷的影響因素[J].裝備制造技術，2008（7）：18-19.

[8]趙長明.數控加工中心加工工藝與技巧[M].北京：化學工業出版社，2009.

[9]王永.刀具主、副偏角與切削狀態[J].機械制造，2007，45（10）：54-55.

[10]楊順田，楊天雄，彭美武.深孔鉆斷排屑機理與變切深加工數控宏程序研究[J].組合機床與自動化加工技術，2012（4）：80-83.

上海電氣太陽能電池組件項目落地重慶

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目簽約。太陽能是全球能源發展的重點方向，銅銦鎵硒薄膜則是太陽能行業的重要技術。上海電氣2016年出資收購德國曼茲公司19.67%股權后，隨即啟動與神華、曼茲在銅銦鎵硒太陽能薄膜電池領域的戰略合作談判。三方合作產物重慶神華銅銦鎵硒薄膜太陽能電池組件項目總投資25.5億元，落戶于重慶兩江新區水土高新園，預計產能306 MW，年產值達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，主要負責刀具管理工作