缸體機油冷卻噴嘴安裝孔加工鉆頭頻繁折損問題改進方案

2021-10-11 01:18:12魯文章許昌慶

汽車實用技術 2021年18期

魯文章，韓偉，許昌慶，陸勇

（安徽華菱汽車有限公司，安徽馬鞍山 243061）

引言

機加工車間是我司大功率發(fā)動機最主要的自制件生產車間。生產線擁有德國、日本進口的先進加工中心45臺，以及2臺全自動精密測量儀等精密自動化設備。本車間的自制件缸體是發(fā)動機裝配最主要的基礎件，裝配有大量的重要零部件，如機油冷卻噴嘴安裝孔，曲軸孔等。

對于高強度的現代大功率發(fā)動機，缸內溫度非常高，為保證活塞的可靠性，大都會采用機油冷卻噴嘴（圖1）通過向活塞內腔噴射機油以幫助冷卻散熱，避免活塞積熱升溫導致燒頂的情況出現。在這樣惡劣的高溫環(huán)境下，是無法使用橡膠圈來保證機油冷卻噴嘴安裝在缸體上的密封性。所以只能通過提高機油冷卻噴嘴孔的加工精度，保證孔和機油冷卻噴嘴部件之間的密封性，確保機油噴射壓力達到要求，實現散熱效果。

圖1 缸體上的噴油器

我司的缸體機油冷卻噴嘴安裝孔是通過刀號為T225的長柄鉆頭（圖2，?11.7mm）來完成底孔加工，再通過?12H8的鉸刀保證尺寸精度及表面質量。

圖2 T225刀具

但在近年的孔加工中我們發(fā)現T225鉆頭的異常損壞頻率遠遠大于其他鉆孔刀具，僅在改進前的8個月內，斷刀次數就達到了驚人的26次之多，且刀具折斷后造成的孔壁刮傷（圖3中②孔處），大部分都無法通過精鉸和返工消除，為保證機油冷卻壓力，只能將整個缸體報廢處理。

圖3 斷刀后的機油冷卻噴嘴安裝孔

1 調查分析刀具損壞原因

排除人為因素，我們從設備、材料、方法三個方面進行了分析調查[1]，找到了5項可能造成刀具異常損壞的末端因素：

圖4 刀具損壞分析圖

1.1 主軸跳動過大

由于機油冷卻孔的設計工藝需要，此孔的加工刀具必然非常長，為保證加工剛性，減少跳動，采用了長度200 mm以上的長刀柄，提高加工尺寸的穩(wěn)定性。盡管如此，如果主軸跳動過大，再經過長刀柄的放大，則必然導致機油冷卻噴嘴孔加工刀具提前出現磨損，甚至折斷。

根據HELLER機床廠家提供的主軸跳動精度標準（圖5），我們對機床主軸遠近端跳動進行了檢測（圖6），結果顯示150mmx芯棒近端跳動為0.011 mm、遠端跳動為0.015 mm，均明顯＜0.02 mm的設備標準，所以排除此要因。

圖5 主軸跳動檢測示意圖

圖6 主軸跳動檢測中

1.2 切削液壓力波動不穩(wěn)定

盲孔加工中必須通過帶有穩(wěn)定壓力的切削液，將切削出來的鐵屑及時從鉆頭的排屑槽中沖出來。如果機床的供給切削液壓力不足或不穩(wěn)定，無法及時排出的鐵屑會導致鉆頭的磨損加劇、甚至斷裂。

經過調查確認本工序機床配有專用的切削液增壓裝置（圖7），且通過跟蹤主軸冷卻液壓力表數值變化，確認機床冷卻液供給壓力穩(wěn)定在4～5 Bar的標準范圍內，排除此因素。

圖7 切削液增壓設備

1.3 毛坯材料過硬

毛坯的硬度如果大于設計要求，則必然會造成刀具的異常磨損甚至折斷。

根據材質確認硬度標準：

毛坯材質——HT200；

毛坯硬度標準——190～210 HB。

通過布氏硬度測量儀（圖8左）抽測了60件缸體毛坯在機油冷卻孔口端面（圖8右）的硬度，通過正態(tài)分布圖（圖9）分析可以看出，總體圖形成正常型分布，可以判斷毛坯硬度正常，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖8 布氏硬度測量儀和被測平面

圖9 通過正態(tài)分布圖分析實測硬度

1.4 刀具設計不合理

1.4.1 分析結構

T225采用的是雙重頂角鉆頭（圖10），橫刃窄，鉆心頂角小（90°），這樣自定心效果會更好。

圖10 改進前刀具圖紙

1.4.2 分析排屑

雙重頂角鉆頭在切削塑性材料時可分屑，使得排屑過程順利，且鉆頭不至于被咬住。但切削鑄鐵件（硬、脆）時，90°切削刃和120°切削刃同時會產生大量的塊裝碎屑，但90°切屑刃的排屑空間明顯要小于后方的120°切屑刃（圖11），且切出碎屑的排屑過程易受到120°切削刃碎屑的阻擋。所以排屑的不暢通極易造成小尖角處的切削阻力過大，乃至造成小尖角處出現崩刃（圖12）。