发动机长油孔加工技术研究

2017-12-07盛兴涛董璠-苏展母慧艳金振福

汽车科技 2017年6期

盛兴涛　董璠-　苏展　母慧艳　金振福

摘要：发动机机体中机加中的相关深油孔是一项仍在不断完善的工艺难点。本文从深油孔加工的工艺特点，结合发动机油孔的尺寸要求和工作环境，分析了影响深孔加工的各种因素。针对深油孔加工出现的加工困难问题，从加工顺序、工艺参数、设备精度等方面进行分析，为发动机长油孔加工提供重要的参考价值。

关键词：深孔加工；刀具寿命；排屑

中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）06-0067-03

Abstract： The engine long oil hole machining is still in a difficult and constantly improve process. In this paper， the factors affecting the machining of long oil hole are analyzed from the technical characteristics of long oil hole machining， the size requirements and the working environment. In view of the processing difficulties in long oil hole machining， the processing sequence， technological parameters and equipment accuracy are analyzed， which provides an important reference value for the machining of the long oil holes in the engine.

Key Words： Long hole machining； tool life； chip removal

引言

孔的长度L与孔的直径D比大于5的孔，通常定位为深孔[1]，深孔加工是机械制造业孔加工中最困难的一种加工方式。供油系统对发动机的使用性能有着关键性的影响，而在发动机的供油系统中，油孔是发动机润滑和供油的主要通道，由于油孔在发动机中往往是两两相贯而成[2]，通常属于深孔加工。这些油孔的加工成为了发动机机加过程中的重难点，制约着机加工序的加工节拍，影响加工工艺路线。本文以东风自主品牌发动机缸盖油孔加工为研究对象，分析了影响油孔加工的因素，并提出了解决办法。

1 发动机缸盖油孔加工的现状

下图1为发动机缸盖部分润滑油油回路布置见，由图中可以看出发动机机油从底孔供给到与之相贯的长油孔，再而长油孔分流到与之相同的两个上油孔中，上油孔中的机油通过凸轮轴油槽流出，对安装在缸盖上的凸轮轴提供润滑。

在发动机缸盖油孔系中，有4个相通油孔，其中两个与凸轮轴支座相同油孔加工要求一致，这4个油孔的工艺要求如下表1：

2 影响发动机油孔加工的关键点

深油孔由于长径较大且处于封闭的加工状态，使得切屑处理、热量散放、加工工艺及设备保障都成为保证加工质量的关键。如何合理的解决这些问题，是影响加工质量关键因素，影响发动机油孔加工的关键点有：

1、排屑困難；发动机油孔的加工孔深往往较大，即切屑路程较长，在实际加工过程中由于加工空间封闭，断屑排屑困难，如果加工孔为盲孔，在加工中容易与孔壁摩擦，导致产生螺旋状的沟痕。同时切屑不及时排出容易堵塞孔壁，刀具也会出现磨损严重，崩刀等情况。

2、散热困难；普通钻孔加工时切屑可带走80%的切屑热量，而在深孔加工中，切屑很难将大部分切削热带走，导致刀具过热。即使在有充分的冷却的条件下，刀尖的切削温度仍然可达400℃，导致刀具硬度下降，刀具磨损加剧，刀具寿命受到影响[3-5]。

3、刀具振动大；深孔加工不易保证较高的直线度公差要求。深孔的切削刀具较长，刚性不足，加工时易产生偏摆，孔的直线度和位置度不易保证。

3 加工工艺方案

根据油孔结构考虑加工成本等因素制定如下的加工工艺方案：

1、加工顺序；缸盖的主油道孔分别与其他三个油孔贯通，且孔径和孔深均为最大。按照“先小后大”的原则，加工顺序为先加工两个?5.5孔，然后加工?7.0孔，最后加工?8.0孔。

2、当钻孔表面或钻穿孔表面出现倾斜角度时，钻孔需注意加工方案和参数的选择。当倾斜角度小于5?时，进给应该减少三分之一；当倾斜角度在5?-10?时，一般需要铣削小平面或者增加预钻；当倾斜角度大于10?，一般不建议在表面进行钻孔[6]。因?5.5孔的钻孔面为铸造毛坯面，拔模斜度为4 ?，对此采取直接降低加工参数，直接钻削加工；?7.0孔和?8.0孔的钻孔面为完整铣削后的平面，正常切屑即可。

3、增加预钻；对于深孔钻，一般需要增加预钻加工，预钻的深度通常为2倍直径。四个油孔均需进行预钻。考虑到深孔的排屑困难，将?8.0孔分段进给并增加两次退刀排屑。

4、钻头的选择；深孔加工刀具是深孔加工的核心部件，深孔刀具的切屑刃导向条需要在足够的润滑下工作。?8.0孔中长径比大于30，为保证加工质量并综合加工工况，采用外排屑的深孔钻，俗称“枪钻”，该钻头具有单切屑刃、自动排屑、冷却润滑以及自导向功能等特点。而?5.5孔和?7.0孔采用一般麻花钻头即可。

5、加工参数的选择；切削速度过小，刀具前刀面会产生挤压而来切屑，易产生崩刃现象。当转速降低，相对进给量不变时，刀具的切削性能减弱。当高转速低进给时，产生切屑细小易形成堵塞，影响切削加工性能和孔表面质量[7]。待切削的材料为ZL101A。一般采用主轴转速为3000 --5000 r/min，进给速度为0.15—0.25mm/r。endprint

4 存在问题和改善措施

按照以上制定的工艺流程进行深油孔的加工，在实际生产过程中，我们发现在?8.0孔的加工过程中会出现频频断刀、加工表面粗糙等问题。通过剖切工件等方法，综合相关边界条件，从如下措施来改善加工情况：

1、改变加工顺序；解析断刀工件，可发现刀具一般折断在与其他油孔相贯处。考虑到直径较大的油孔孔深相对太突出，可优先加工该孔。加工顺序为?8.0孔-----?7.0孔-----?5.5孔。

2、增加設备稳定性；设备为四轴高速卧式加工中心，内冷水压为2.8mpa，为增强排屑效果，将内冷压力提高到3.5mpa；提高夹具的夹紧力，夹具夹紧力过大，会使工件产生变形；夹具夹紧力过小，加工时工件会产生振刀。通常夹具夹紧力设置在3.0 K.N—4.5 K.N，为改善加工效果，将夹具力由3.0 K.N提高至3.5K.N。

3、加工参数的改进；原“枪钻”加工时，主轴转速为3000r/min，每转进给0.15mm/r；加工过程中加工至100mm、200mm处分别进行一次退刀，以便排屑。而加工断刀件显示刀具总在加工至深度175mm处断刀。调整相贯孔加工顺序后，该油孔为盲孔加工，为保证加工节拍，提高加工效率，可将深度改成加工至150mm处进行，将两次缩短到一次。同时为保证尺寸精度，将主轴转速调整为3200 r/min，每转进给调整为0.1mm/r；在加工结束时，为充分排屑和冷却将降低加工参数减半。

依据调整前后的工艺方案，进行一百件的工件切削并按照1/10的检测频次检测。检测长油孔的位置度（公差要求为?0.4）如下图2所示。从图中可以看出，通过改善长油孔的位置度得到明显改善。根据现场跟踪，改变相贯孔的加工顺序后也显著提高了刀具的加工寿命，断刀情况有明显好转。

5 结论

本文通过对发动机长油孔加工方法进行研究，得出主要结论如下：

1、深孔加工需应根据实际情况选择加工顺序，可考虑优先加工长径比大、孔深偏深、孔径偏大的油孔，选取合适的加工方案并进行工艺验证和调整，能有效的提高加工效率和加工质量。

2、在油孔加工过程中，设备需保证良好的精度，主轴径向跳动要小于3um。合理设定夹紧力、内冷压力等参数也是保证长油孔加工的重要因素。

3、长油孔加工必须根据采用的加工方法选择合适的加工系统和工艺参数，根据工件材料合理选取钻头型号和钻头材料，设定合理的进给量和主轴转速都对提高加工效率和加工质量有积极意义。

参考文献：

[1]王世清. 深孔加工技术[M]. 西安：西北工业大学出版社， 2003.

[2]杨连生.内燃机设计[M]. 北京：机械工业出版社. 1997.

[3]王峻.现代深孔加工技术[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 2003.

[4]李晨元. 钻削工具及切屑排除问题分析[J]. 农业科技与装备， 2008，（2）：38-40.

[5]张念淮. 难加工金属材料的切削加工技术[J]. 农业装备与车辆工程， 2008（7）：46-48.