排氣歧管連接頸外圓及內孔加工刀具優化及工藝改進

張銀生，余浩，袁印，黃新懷

西峽縣內燃機進排氣管有限責任公司 河南南陽 474500

1 序言

隨著我國新排放標準的頒布，國家對節能減排提出了更高要求。因此，各生產廠家都在努力提高柴油機的性能，其中，提升國六重型柴油機排氣歧管的加工質量是節能減排的重要環節。

結合發動機排氣歧管加工的一些新方法及新工藝，充分利用銑端面打中心孔設備（以下簡稱數控對鏜專機）的功能，對現有的刀具應用及加工工藝進行了優化改進，使用新的刀具和夾具，改變工藝路線，提升耐熱排氣歧管的加工質量，降低加工成本，提高加工效率。

我公司在加工耐熱硅鉬釩中間排氣歧管時，新增數控多軸對鏜專機，應用于排氣歧管兩端連接頸加工，加工精度和效率更高，加工出的產品質量穩定、可靠。

隨著某國六重型柴油機的產量不斷增加，我公司配套的國六重型柴油機發動機排氣歧管產能已經不能滿足主機廠的裝機需求，急需優化改進。

2 零件加工要求

某發動機排氣歧管連接頸（見圖1）加工工序主要完成左右兩側連接頸端面、外圓、內孔、R角及孔口倒角加工，有以下特點。

圖1 排氣歧管連接頸

1）加工內容多。該工位需要加工的內容如下：車一端連接頸端面、外圓、內孔、R角及孔口倒角，車另一端連接頸端面外圓、內孔、R角及孔口倒角，需要2個工位、2臺數控圓車、2次裝夾加工才能完成。

2）加工尺寸精度要求高。內孔的孔徑為56+0.046+0.026mm，相對位置度尺寸為中心高位置度0.1 mm，兩端圓位置度0.1mm，連接頸內孔表面粗糙度值Ra＝1.6μm，孔口倒角20°，外圓同軸度0.2mm。

3 改進前加工工藝及問題

中間排氣歧管為薄壁型不規則偏心零件，硅鉬釩鑄鐵材料，其內部型腔復雜，外部筋板結構較多。為了控制在加工過程中加工應力引起的變形，排氣歧管連接頸內孔等余量較多的部位經過粗加工和半精加工后各平面和內孔的單邊只留0.3～0.5mm余量，然后進行精加工。

傳統的加工工藝選用1臺數控圓車和手動夾具（見圖2、圖3），經過兩次翻轉裝夾，在加工時，采用標準的一面兩銷定位，一端連接頸車圓工序完成后，將工件調頭車另一端。裝夾采用4個壓板手動壓緊，很不方便，效率低，勞動強度大，且由于兩次裝夾后，需要多次校調零點，各部位相對坐標有一定的偏差，手動壓緊出現壓緊力不均勻現象，導致兩端圓同軸度和位置度尺寸及表面粗糙度出現超差及不穩定現象[1,2]。

圖2 數控圓車

圖3 手動夾具

因現在工藝效率較低，故采用工序分開的原則來提升產能。結合公司實際情況，采用兩臺數控車床，將兩次車圓工序分開，兩端圓同時在兩臺數控車床上加工，壓緊方式為手動螺栓壓板壓緊。

這種加工方式存在以下問題。

1）因工件外圓和內孔表面粗糙度要求高，工件形狀復雜、不規則，夾具采用角鐵式車夾具，要考慮夾具旋轉時的平衡問題，但是受機床偏重及線速度影響，機床主軸轉速低，導致零件表面粗糙度超差。

2）整個加工需要兩臺數控圓車，需要重新采購設備，兩次定位裝夾，導致兩端圓同軸度和位置度尺寸超差。

3）工人勞動強度大，加工效率較低、質量不穩定。

4 優化后工藝及其優點

1）新增數控多軸對鏜專機，改車削加工為鏜削加工；改由工件及夾具旋轉為刀具旋轉，消除偏置夾具及偏心產品帶來的回轉偏重問題，改善連接頸加工的圓度、表面粗糙度和加工工藝參數設置問題，有效提升加工效率及質量。

2）設計制作一套液壓快速夾緊裝置（見圖4）實現工件多個壓緊點的同步夾緊動作，夾緊力的大小可以調整控制，在滿足夾緊要求的同時可以有效防止工件的夾緊變形，實現一次裝夾完成兩端連接頸所有工序的內容，減少裝夾次數、有效提升加工效率及降低勞動強度[3,4]。

圖4 液壓快速夾緊裝置

3）把對鏜專機設計為多軸同時切削的結構，使其同時完成多工位的加工。同時，在鏜床工作臺上設計一個可以移動的滑臺，通過滑臺帶動夾具及工件移動，配合鏜削主軸、加工刀具及加工工藝，實現產品同一部位不同工序的加工。

4）設計制作一體復合式不等距套粗鏜刀體（見圖5），刀體材料42CrM，此材質具有高強度和高韌性，調質處理后疲勞極限和抗多次沖擊能力能滿足大批量生產需要。同時完成外圓、倒角、端面及內孔等的加工，不等距設計減少加工振動，實現高效率加工。

圖5 一體復合式不等距套粗鏜刀體

5）設計制作模塊化一體可調高精度鏜刀（見圖6），微調精度0.01mm，有效保證孔頸精度以及孔位置度、表面粗糙度和圓度等。刀具的模塊化設計，減少了刀具更換及檢測時間。

圖6 模塊化一體可調高精度鏜刀

6）分析、研究并選出適用于加工當前產品材料的刀具材料，用某國產品牌刀具代替進口。一個刀體安裝7個同一種型號的刀片，利用現有合金鏜刀片CCMT120408，刀片配合刀體分別安裝在鏜床的不同主軸上，減少采購非標刀片，完成產品不同工序的加工，提升刀具的使用壽命，有效降低加工成本。

5 結束語

通過新方案及工藝的實施，產品的過程能力PPK=1.98，CPK=1.46。生產效率提升3倍，由原來的兩人兩臺設備班產60件到一人一臺設備班產180件，質量穩定可靠。同時，刀具壽命得到了大幅提升，加工成本大幅下降，不足原來的1/4，超越預期目標。該工藝應用于同類產品的加工，取得了良好的經濟效果。隨著科技的快速發展，這種模塊化、集成化的技術將會得到廣泛的應用。