發動機（jī）深孔加工（gōng）技術
2019-6-3 來源（yuán）：轉（zhuǎn）載 作者：-
深孔加工向來是金屬切削加工難點，采（cǎi）用傳統工藝會（huì）造成槍（qiāng）鑽崩刃、折斷等問題。通過改進（jìn）槍鑽結構（gòu）形（xíng）式——可轉（zhuǎn）位刀片+帶導條式高強度刀杆，采用帶斷屑（xiè）槽刀片，使得排屑更順暢，徹底解決折斷及崩刃類（lèi）異常，提升加工質量。
近年，我國東部（bù）某廠自主研發了一款油耗低、動力強、可靠性高的重型柴油機，深得用戶（hù）青睞，其氣缸體上有諸多用於冷卻水道或潤（rùn）滑油道的深孔需要加工，其中底麵φ26mm×275mm就是（shì）其中之一。為提升設備利用率（lǜ），減少投資成本（běn），在設計方（fāng）案時放（fàng）棄了傳統的專用機床方（fāng）案，而采用德國進（jìn）口GROB（格勞博）高速（sù）加工中心加（jiā）工，但經常會出現可修（xiū）磨槍鑽壽命低、斷刀（dāo）率高等問題。
1. 加（jiā）工（gōng）條件
加工設備：德國GROB G700加工中心
槍（qiāng）鑽：單刃焊接槍鑽φ26mm×546mm
刀柄：GUHRING HSK100-A側固鎖緊
切削液（yè）：FUCHS水溶性乳化液ECOCOOL 68CF2W，乳化液濃度：8-10%
內冷流量壓（yā）力：75L/min，4MPa
切削參數：底麵（miàn）油孔，孔直徑26mm，孔深275mm，轉速（sù）1041r/min，線（xiàn）速度85m/min，進給量240mm/min，每齒進給量0.23mm
工藝要求如圖1所示。
圖1 底麵深油孔加工工藝要求（qiú）
2. 實際使用中存在的問題
該生產線投入使用後，為保證此類深孔加工質量穩（wěn）定性，槍鑽刀具為德國生產。但在實際（jì）使用中經常出現崩刃（rèn）和（hé）斷刀（見圖（tú）2）等問題（tí），造成刀具損耗和零（líng）件報廢。
圖2 槍鑽斷刀
統計該工序近半（bàn）年時間內刀具使（shǐ）用情況得知：累計使用該槍鑽230次，其中斷刀（dāo）15次（cì），斷（duàn）刀率達到6.4%，刀具異常（cháng）損耗達數萬元。此外，為了減少發動機自重，缸（gāng）體采（cǎi）用精密薄壁鑄造工藝（yì），實測該深油孔加工完後（hòu）其厚度不足5mm，故在斷刀發生後，由（yóu）於鐵屑和硬質合金刀頭（tóu）擠壓，很容易造成孔壁破壞，從而造成整個氣缸（gāng）體報廢，近半年造成工廢6件。
3. 原（yuán）因分析
通過組織技（jì）術人員分析（xī）排查刀具壽（shòu）命情況和異常斷刀狀態，同時通過機床自帶（dài）的主軸監控係（xì）統，分析其（qí）加工過（guò）程（chéng）情況，進（jìn）一步分析排查該深油孔加工斷刀原因，主要為（wéi）：
（1）槍鑽刃口磨損嚴重。通過對換下的槍鑽進行（háng）觀（guān）察，發現槍鑽主切削刃、側刃和後刀麵磨損情況比較嚴重，軸向磨損量超過2mm，增大了槍鑽鑽削過程中的切削阻力，增加斷刀風險。
槍鑽刀頭磨損嚴重，與槍鑽沒有塗（tú）層有很大關係，缺少塗層對刀頭硬質合金基體隔熱和潤滑保護，其磨損會（huì）急劇加快。而槍鑽由於刀頭和槍身需要焊接，加之（zhī）兩種材（cái）料高溫變形量不同，決定（dìng）了其無（wú）法在（zài）精磨後實施塗層工藝。
（2）排屑不暢。在對機床設（shè）備監控係統數據進行分析排查時發現，按照刀具布置圖要求機床內冷流量/壓力（lì）：75L/min、4MPa，但近半年出現多達20次以上的內冷高壓報警（jǐng），伴隨該報警信息之（zhī）後就會出現主軸負載報警以及斷刀的發生。
之後，進一步對機床主（zhǔ）軸負載曲線分析，並比較正（zhèng）常（cháng）加工和斷刀件的負載監控曲（qǔ）線後發現（見圖3），正常加工的工作主軸負載新刀的上（shàng）下波動範圍35-55%，整個加工過程是一個線性均勻（yún）變化曲線，前（qián）後兩個工件間（jiān）的波動幅度小於5%；而斷刀件負載（zǎi）監控圖（tú）形，則會在內冷堵塞的時候不斷升高，一般達到70%時，槍鑽刀頭焊接部位會扭斷，該過程中其負載上下波動範圍在45-70%，幅度達到25%；斷刀工（gōng）件孔內的大量鐵屑也證（zhèng）實，排屑不暢，存在鐵屑堵塞現象是（shì）該槍鑽斷刀的主要原因之一。
圖3 主軸負載監控圖（tú）形
4.優化改（gǎi）進方案（àn）
針對上（shàng）述排查，刃口沒有塗層保護、加工過程中存在（zài）堵屑問題是兩個主要原因，確定（dìng）後續（xù）改（gǎi）進優化方向和（hé）措施：
（1）提升排屑性能。通過增大（dà）內冷壓力或流量方式，提升排屑（xiè）性能。
（2）增加（jiā）刀具耐（nài）磨性。在刀具材質不能改善的情況下，實施（shī）塗層工藝。
（3）加強刀杆強度（dù）。采用強度等級更（gèng）高的刀杆，提高槍鑽剛性，防止加工時刀杆斷裂。
（4）改善斷屑（xiè）效果。優化切削刃口（kǒu）形式，改變鐵屑形狀，使其更利（lì）於（yú）排屑（xiè）。
其中提升排（pái）屑性能（néng）方案，若提升內冷（lěng）壓力至6MPa，需（xū）要更換螺杆泵，成本較高，故考（kǎo）慮通過改善刀具結（jié）構來提升排（pái）屑（xiè）效果。
在和德國技術專家討論後，結合其實際應用案例，決定采用可轉位刀片+帶導條機夾式刀杆的刀具（jù）方案來進行刀具（jù）優化（huà），具體結構如圖（tú）4所示。
圖4 1、4、7-螺釘 2、5、8-轉（zhuǎn）位刀（dāo）片 3-導條 6-刀杆
5.刀具試驗過程
在試驗刀具完成到位後，立即組織刀（dāo）具試驗，在第一次按照（zhào）原參數和（hé）壽命試驗，正常達到原（yuán）強製換刀壽命後，為（wéi）進一步挖掘刀（dāo）具潛力，嚐試開展極（jí）限壽命（mìng）試驗，從試驗結果來看（kàn），刀具壽命有一定程度提升。
新轉位刀具特點如下：
（1）刀杆采用高強度合金鋼代替普通鋼管精製而（ér）成，強度提升50%，刀杆成為可反複使用的（de）耐用（yòng）品。
（2）采用兩段30mm磨製高精度硬質合金導條，保持加工（gōng）過程中刀具支撐和平衡，利用導條自導向後續加工，保證深孔具有較好的孔徑和直線（xiàn）度。
（3）采用3片帶有複合TiAlN塗層、斷屑槽可轉位刀片組成主切削刃，耐磨性更好，錯齒（chǐ）式布置，將26mm內鐵屑分（fèn）為6段，相比原槍鑽的4段，鐵（tiě）屑更（gèng）短，加（jiā）之刀片前（qián）有壓製斷屑槽，更有利於排屑。
具（jù）體刀（dāo）具及切削部位如圖5所示。
圖5 優化（huà）後轉位刀具及切削（xuē）部位
6.持續改進
在試驗取得初步成功（gōng）後，繼續對刀片存在微崩的異（yì）常情況進行分析、排查發現，該深孔在（zài）中間部位有一個φ10mm相貫孔和底部貫穿孔，加工至（zhì）該部位時存在破孔和單（dān）邊切削衝擊，通過對NC程序優化，采取分段式進給。通過（guò）對使用後刀片觀察（chá）發現，刀片失（shī）效（xiào）形式正（zhèng）常。
結（jié）語
新可（kě）轉位刀片式槍鑽，經過半年時間合計201次的換刀驗證，平（píng）均可（kě）加工孔數（shù）達到118，未出（chū）現過斷刀，杜絕了因斷刀問題造成（chéng）的工件報廢。同時，可轉位刀片裝調（diào）方便快捷，省去修磨環節；加工節拍也由之前的69.5s降至59.5s，單台刀具（jù）消耗成本節省（shěng）約1.05元，提效降本（běn）明（míng）顯。
來源：《世界製造技術與（yǔ）裝備（bèi）市場（WMEM）》
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