缸蓋、缸體加工刀具失效分析

金延安

上海華普發動機有限公司 上海 201501

關鍵字：缸蓋；內冷鉸刀；專用鏜刀；四螺旋齒

1 序言

缸蓋、缸體生產線加工設備完成后，先在機床制造廠按照工藝流程排列，接入水、電，進行試生產，加工合格后，再移到用戶公司進行缸體、缸蓋整條生產線安裝，并對設備作批量生產考核。整個試生產階段，出現最多的問題是刀具失效，刀具是生產線穩定加工的關鍵。現對刀具出現的主要問題及解決措施進行分析。

2 缸蓋生產線

1）氣門導管內孔尺寸φ6H7和表面粗糙度值Ra＝3.2μm在試生產時未達到要求。采用上海瑪帕貿易有限公司（MAPAL）的導管孔專用鏜刀（見圖1）進行加工，當加工＜30件時，內孔表面粗糙度值Ra＝3.2μm，符合要求。隨著加工件數量的增加，內孔表面出現不連續的環形痕跡，內孔表面質量不合格，鏜孔基本失效。

圖1 氣門導管孔專用鏜刀

經分析，失效原因如下：缸蓋導管孔L/D＞10（屬于深孔加工），孔內切削液供應不充分，冷卻效果達不到理想狀態，造成鏜刀刀尖與內孔表面切削接觸處溫度升高，加快鏜刀切削刃磨損，致使鏜刀切削阻力增加，引起鏜桿不連續振動，導致缸蓋導管內孔表面出現鏜刀的環形痕跡。氣門導管內孔端面處于缸蓋內部（見圖2），鏜桿在實際加工中處于比氣門導管全長更長的懸臂狀態。鏜桿直徑5mm，剛性不足，引起鏜刀不連續振動，造成缸蓋導管內孔表面出現環形振動痕跡。由于鏜刀刀片尺寸小，人工安裝調整刀片無法達到理想設計位置，所以鏜刀處于非常規的切削狀態，引起氣門導管內孔表面加工質量下降。

圖2 氣門導管內孔端面

另外，MAPAL公司的加工氣門導管孔專用鏜刀，其刀片尺寸小，無法在車間磨刀房刃磨，用鈍的鏜刀片只能使用一次就報廢，增加刀具成本，且無法解決刀具使用壽命和加工質量兩大難題。采用專用鏜頭，一次定位，加工氣門導管內孔和氣門座圈密封面，先鉸孔，鉸刀在液壓缸作用下快速退出至鉸刀導套內，再加工氣門座圈60°、90°和120°錐面，最終形成寬1.2mm密封面。經驗證，鉸孔能滿足氣門導管孔中心對氣門座圈密封面φ0.06mm徑向圓跳動的要求，采用鉸孔代替鏜孔是可行的。

由于專用鏜刀剛性不足，所以提高刀具的整體剛性是解決問題的根本，采用與氣門導管內孔等直徑的整體硬質合金四螺旋齒內冷鉸刀（見圖3），消除刀具在加工時的振動。

圖3 整體硬質合金四螺旋齒內冷鉸刀

經批量生產證明，氣門導管內孔表面刀具振動痕跡徹底消失，導管內孔表面粗糙度值達到圖樣要求。采用整體硬質合金四螺旋齒內冷鉸刀切削，主要有以下優點：切削時，4個螺旋齒逐步切入內孔，每齒負荷只有整個刀具負荷的1/4，切削阻力小，保證了導管內孔表面質量。鉸刀具有內冷結構，噴切削液與鉸孔切削過程同步進行，刀具在整個加工過程中能獲得充分冷卻，無刀具發熱引起的磨損，鉸刀一次安裝可以加工300件以上合格的內孔。用整體硬質合金四螺旋齒內冷鉸刀，還可以在車間磨刀房多次刃磨鉸刀的后角，重復使用，延長了刀具壽命，大大降低了刀具的成本。

2）粗擴缸蓋16個挺柱孔，機床出現悶車。缸蓋16個挺柱毛坯為φ15mm，粗鏜到φ31.5mm，單邊余量＞7.5mm，刀具進給時軸向阻力太大，有時機床出現悶車。由于刀具進給阻力大，刀具與缸蓋挺柱孔摩擦發熱，出現兩者熔結現象，所以造成主軸無法退出工件。將粗擴刀改成階梯形狀（見圖4），變為先一次粗擴，再二次半精擴，分散切削負荷，減少進給軸向阻力。經驗證，此方法不但提高了挺柱孔的加工質量，而且再也沒發生機床悶車現象。

圖4 粗擴刀改進前、后對比

3 缸體生產線

1）加工缸體側面固定發電機支架有8個螺紋孔，鉆M8螺紋底孔φ6.7mm→孔口倒角→銑φ20mm圓撘子，復合刀（見圖5）失效。復合刀的設計意圖是減少一次換刀時間，縮短本工序的生產節拍，將鉆孔、倒角及銑平面復合起來，但是加工時，鉆頭先接觸缸體毛坯鈄面，其定位困難，易折斷，出現鉆頭在與銑刀連接處斷裂現象。經分析，復合刀設計違反工藝編制，應先加工平面，后鉆孔、倒角的原則。

圖5 復合刀

2）加工缸體側面機油濾清器安裝平面用φ60mm焊接銑刀（見圖6），刀具加工失效。因為機油濾清器安裝平面為φ70mm，銑刀的直徑投影面＜φ70mm，銑刀直徑小，切削速度低，而且分多次加工，所以，缸體側面機油濾清器安裝平面的表面粗糙度、平面度不合格。同時，焊接銑刀一個刀齒打壞，整個銑刀報廢。改用φ110mm可轉位刀片機夾銑刀后，提高了切削速度，一次銑削成功，既保證了機油濾清器安裝平面的表面粗糙度、平面度，也大大延長了機夾銑刀的壽命，提高了加工效率，降低了刀具成本。

圖6 φ60mm焊接銑刀

4 結束語

鏜孔一般使用在孔徑大、有位置度要求的孔徑加工中，如鏜缸體的缸孔，采用鏜孔能糾正缸孔前道工序造成的位置度誤差，既滿足各缸孔中心的位置度要求，又能保證缸孔本身的精度。鉸孔適用于＜φ10mm的孔的精加工，鉸刀剛性好，前道工序為加工導向孔，不會產生振動，雖然糾正不了鉸孔前道工序位置度誤差，但是對于獨立要素的孔本身的精度，鉸孔加工能夠得到保證。

鏜孔與鉸孔都是機加工常用的方法，它們各有利弊。通過對缸蓋、缸體加工用刀具分析，選擇合理的刀具結構及合理的刀具參數，不僅保證了加工成本和加工質量達到相對平衡，而且提高了缸蓋、缸體的生產效率和加工質量。