1     引言

      汽車發動機缸蓋的主要加工部位氣門導管是（shì）發動機中關鍵的零部（bù）件,而導管孔的（de）加（jiā）工刀具一直是發動機加工中比較難解決的問題。導管的材質一般為粉末（mò）冶金、鑄鐵等難加工材料,作（zuò）為汽車（chē）發動機關鍵零部件,缸蓋氣門導管孔的加工精度要求很高。

      如圖1所示,缸（gāng）蓋座圈錐麵與導管孔這一組孔係的精度要求為（wéi）:導管孔的孔徑精度為H6-H7,粗糙度為Ra0.8um左（zuǒ）右,座圈錐麵（miàn）對於導管（guǎn）孔跳動0.02-0.06mm。

      目（mù）前,大部分發動（dòng）機（jī）廠家采用合金鉸刀或（huò）者（zhě）合金塗層鉸刀加工,而這些刀（dāo）具在加工中磨損很快,一般加（jiā）工幾十件後就需（xū）要（yào）換刀,嚴（yán）重影響發動機加工的生（shēng）產節拍,因此迫切需（xū）要一種能解決導管孔加工難題的刀具。

      鄭州市鑽石精密（mì）製造有限公司(簡稱鄭鑽)在試製優化切削參（cān）數等係列過（guò）程後,研製的汽車發動機氣門導管孔鉸刀（dāo）采用PCD材質替代PCBN材質,顛覆了業界PCD材（cái）料不能加工黑色金屬的（de）傳統理念,最終解決了發動機中導管孔加工的難題（tí）。

      2     PCD刀具和PCBN刀具比較

      PCD刀具具（jù）有硬度（dù）高、抗壓強度高、導熱性及耐磨（mó）性好等特性,可（kě）在高速切削中（zhōng）獲得很高（gāo）的加工精度和加工效率。這些特性是由（yóu）金剛石晶（jīng）體狀態決定的。金剛石是單一碳原子的結晶體,獨特的晶體結構使其具（jù）有（yǒu）自然界最高的硬度、剛性、折射率、導熱係數以及極高的抗磨（mó）損性（xìng）、抗（kàng）腐蝕（shí）性及化學穩定（dìng）性。圖（tú）2為部（bù）分刀片、鉸刀產品。

      由於CBN晶體與金剛石晶（jīng）體都屬（shǔ）閃鋅（xīn）礦型,且晶格常數（shù）相近,化學鍵類型相同,PCBN刀具具有較高的硬度和耐磨性、較高的熱穩定性和高溫硬度、較高的化學穩定性、良好的導熱性和較低（dī）的（de）摩擦係（xì）數。

      PCBN刀具與PCD刀具的硬度和抗壓強（qiáng）度相（xiàng）近,但PCBN刀具有比PCD刀具更高的（de）熱穩定性（xìng）和化學惰性。

      3分（fèn）析導管材質及加工精度,選擇加工刀具

      導管的材質一般為鑄（zhù）鐵或者粉末冶金,屬（shǔ）於黑色金屬難加工材料,具體參數見（jiàn）表1。

      按照傳統理論,PCBN更適合加工黑色金屬,也就是（shì）說（shuō）更適合發（fā）動機導管的加工。但是,PCBN不適合（hé）加工硬度低的工件,而（ér）且如果（guǒ）要發揮其熱穩定性（xìng）和紅硬性的優點就必須選擇較高的線（xiàn）速度。由於導管孔（kǒng）的內徑很小（xiǎo）(一般在4.5-12之間),無法選擇適合PCBN切（qiē）削的線速度,也就無法發揮其紅硬性和熱穩定的優點,反而磨損非常快,不（bú）適合加（jiā）工導管材料。

      PCD刀具的金剛石材料化學成分是碳,與鐵係有親和力。切削過（guò）程中,金剛石（shí）的導熱性優越,散熱快,隻（zhī）要注意切削熱不高於700,就不會發生石墨化現象。也就是說,隻要在加工過程中控製好PCD刀具的切削（xuē）溫度就可以加工導管孔,並且適合加（jiā）工硬度較低的（de）工件,對線速度也（yě）沒有（yǒu）苛刻的要求。

      4     設計適（shì）合導管加工的PCD鉸刀

      在設計刀具時要考（kǎo）慮刀（dāo）頭材質、刀體材質、切削刃為圓弧刃還（hái）是直線（xiàn）刃、刀具的（de）幾何角度、前角、後（hòu）角以及（jí）切削參數等因素。圖3為鉸（jiǎo）刀結構示意圖,圖4為不同型式鉸刀（dāo）實物圖。

       (1)刀頭材質粒度的選擇

      PCD材料粒度對刀具抗磨損（sǔn）、抗破損性能影響明顯。粒度大,磨損小;粒度小,磨損大（dà）。為（wéi）了降低磨損（sǔn）率,一（yī）般選擇（zé）較大的PCD粒度,導管孔粗糙度要求為Ra0.8-1.6,最終選（xuǎn）擇粒度為（wéi）15-25範圍。考慮到（dào）導管孔徑小,切（qiē）削刃采用單刃（rèn）。

      (2)刀體材質的選擇

      導管孔屬於長徑比較大的小孔加工,刀杆必須有很好的強度和一定的韌性,因（yīn）此選擇硬質合金作為基體材料。刀（dāo）具在（zài）加工中（zhōng）要（yào）求散熱（rè）性好,因而選擇螺旋內冷方式,以（yǐ）確保散熱快、溫度均勻。為保證刀具的直線度要求（qiú）,硬質合金基體采用導向方（fāng）式。

      (3)圓弧刃和直線刃的選擇

      PCD刀具在（zài）切削時的材料（liào）去除量極小(一般在微米級以下（xià）),切削時刀尖部分與工件相互作用,此時刀（dāo）具切（qiē）削（xuē）部分是指實際參加切削的刀尖幾何形狀部分。目前一般做成直線切削刃和（hé）圓弧r切削刃兩（liǎng）種形式。直線刃刀具難以加工出超精密表麵,圓弧（hú）切削刃加工（gōng）表麵質量（liàng）好,但刃磨比較麻煩。基於表麵質量和加工精度的考慮（lǜ）,選（xuǎn）擇圓弧刃方式。

      (4)刀具幾何角度的選擇

      刀具的幾何角度也影響著刀具壽命。導（dǎo）管材料屬於難加工材料,根據（jù）其成份,設計時選擇前角為3-6度,後角為10-15度。

      (5)切削速度的選擇切削線速（sù）度計算公式（shì）為

      切削速度是影響PCD刀具磨損的主要因素,隨著（zhe）切削速度的提高,刀具磨損加快。加工導管的刀具線速度（dù）選擇如表2所示。

      刀具製作後給多家發動機廠試用,試用效果很好,加工效率大幅度提高（gāo）,並且減少了（le）換刀（dāo）次數,保證了加（jiā）工工件的穩定性。

      5     結語

      鄭鑽公司設計的加工導（dǎo）管孔高精密（mì）超硬刀（dāo）具參數見表3。

      試驗結果表明,該PCD(聚晶（jīng）金剛石)鉸刀刀具是更適合加工汽車發動機導管孔的刀具,解決了發動機中導管孔加工的難題,可發揮PCD鉸刀加工精度高、切削力小、壽命長（zhǎng）、減少熱變形等一係（xì）列（liè）優勢。