活塞销内孔加工

2015-11-09毛孝安

机械工程师 2015年3期

毛孝安

（南车玉柴四川发动机股份有限公司，四川资阳 641300）

1 问题的提出

活塞销是柴油机的关键零件，其质量的好坏直接影响柴油机的安全性和可靠性，因此对活塞销硬度和光洁度要求很高，给活塞销的加工带来了巨大难度。我公司的32/40活塞销内孔加工的难度主要是：1）长径比达到了6.5，加工时刀杆过长、过细、强度不足会出现振纹；2）内孔硬度在60～64 HRC，产品长度达到260 mm，磨削或车削均十分困难。

2 方案选择

活塞销结构如图1所示。

图1

一般来说，硬度在60～64 HRC的产品在加工时应采用磨削加工，但在该产品中磨削长度为260 mm，只有磨床M1450A能磨削如此长度，但公司目前没有此规格的磨床；同时使用磨削的加工方式所需的时间特别长，不适合大批量生产；如果磨削时采用两头磨削的方式不可避免会在活塞销中部出现接刀痕，形成应力集中，会影响活塞销的内孔质量，留下活塞销断裂的隐患。随着冷加工技术的进步，近些年出现了多种用于加工高硬度材料的刀具，其中CBN刀具在我公司应用较多，CBN刀具有以下优点：

1）可提高加工柔性，突破了砂轮磨削的限制；

2）CBN切削中可不使用冷却液，不会像磨削加工时产生废液和废弃物，对环境和人体的危害远远小于磨削加工；

3）切削效率高，加工时间短，设备投资费用小，可降低加工成本；

4）切除相同体积零部件所消耗的能量仅为磨削的20%，因此产生的切削热较少，加工表面不易引起烧伤和微小裂纹。

从CBN刀具的特点来看，本例中活塞销的内孔非常适合来用CBN刀具来进行加工。

3 方案细化、优化

在试制中我们首先尝试使用普通车床，刀杆加工时发现只要刀杆悬长大于150 mm，车削时就会发出刺耳的尖叫声，刀杆振动明显，加工出来的内孔表面出现了严重的振纹，同时刀尖十分容易出现崩刃现象。刚开始我们试着改进切削参数，发现即使改变了转速、进给量和吃刀量，也达不到我们想要的效果，车削中始终存在振动严重的问题，加工出来的表面光洁度差，且易崩刃。

经分析我们认为，出现上述问题的主要原因是车削加工时刚性不足。

首先是被加工件装夹刚性差：由于该产品的外圆为φ145 mm，我们刚开始试制时采用的卡盘不能直接将产品放入，装夹时只是夹住了活塞销的尾部，活塞销的大部分悬在卡盘之外。为解决产品装夹时的刚性不足，我们换成更大的卡盘，将产品整个放入卡盘孔内，这样夹持部位就在产品的中部，同时卡盘的卡爪更长、强度更高，极大提高了产品装夹的刚性。

其次是刀杆的刚性不足：试制刚开始的刀杆我们采用的是普通材料，为提高刀杆的刚性，解决车削加工中刀杆发振的问题，我们决定选用硬质合金刀杆，硬质合金刀杆相对于普通刀杆具有刚性好，强度高的优点，可明显地提高加工中刀杆的刚度；但硬质合金刀杆的脆性较普通材料刀杆高，因此在使用中需要尽可能地减少振动。

通过以上两方面的改进，同时我们使用了机床精度和强度较好的CK7163数控车床进行加工，较好地解决了刚性不足造成刀杆发振现象，以下是最终方案的具体细节说明：

1）使用CK7163数控车床，相对于普通车床C620该机床的刚性和主轴精度更高，加工中工件回转更平稳；

2）使用φ32整体硬质合金刀杆，强度和刚度好，消除了因刀杆悬长过大引起刚度差的问题；

3）使用CBN刀片一次车成形，大大提高了加工效率，平均每件所需的加工时间约为10 min；

4）夹持部位选择在工件中部，减小了工件悬长，增加了工件的装夹强度；

5）切削参数选择：CBN刀具的耐热性好，在切削温度较高时，会使被加工材料软化，与刀具间硬度差增大，有利于切削加工进行。因此切削速度应选择较高一些，在实际生产中我们使用转速为800 r/min，进给量为0.15 mm/r，吃刀量为0.3 mm。