轻型发动机曲轴箱加工精度的保证

2018-02-16张建明

现代制造技术与装备 2018年1期

关键词：切削液刀具工件

张建明

（江苏泰州技师学院，泰州 225312）

引言

近年来，轻型发动机的市场竞争不断加剧。为使产品性能更优越，箱体设计精度不断提高，如何达到设计要求、体现设计理念，需要在生产过程中不断研究和摸索。实际生产过程中，提高加工精度是永恒的主题。下面将以轻型发动机曲箱加工为例，探究其实践体会。

1 生产加工过程中的情况

轻型发动机曲箱材料通常为铝合金压铸件，具有面轮廓形状曲折、壁薄易变形、加工孔精度要求高等特点。在加工过程中，平面和孔容易产生振纹、粘结积瘤、拉毛、变形、误差复映等而达不到设计、工艺要求。下面将从六方面进行分析，以求达到满意效果。

1.1 控制切削过程中的振动

如果在切削过程中发生振动，可能是①工艺系统在外界干扰力的持续作用下而产生的受迫振动；②刀具与工件材料之间的摩擦而产生切削过程中的切削振颤；③由外部振源引起振动。一般情况下，当发生振动并已对加工质量产生影响时应当进行区别，采取相应措施，把振动减少到允许的程度。

在轻型发动机曲箱加工中，通常先加工作为基准的平面。如何正确选择定位压紧点，对减少切削过程中的振动至关重要。一般以箱体边缘的工艺搭子或以内腔（如曲轴孔附近的平面）定位。每个工艺搭子的位置相对稳定，互换性较好，可避免因定位、夹紧系统选择不合理引起的振动，克服工件自身壁薄带来的刚性不足。

1.2 科学选用刀具

加工过程中要正确选择刀具结构。在曲箱加工时除使用通用刀具外，通常还选择一些镗铰或钻铰复合刀具、曲面成型刀具，挤压成型刀具等。由于各种刀具有自身的结构特点和使用要求，因此应根据工件结构条件和设计精度要求来选用。在加工工件加油孔M8×1.25时，通常先用φ6.7钻头钻螺纹底孔、锪钻孔口倒角0.5×45°、刮平刀端面刮平φ17，再攻丝M8×1.25，加工周期长，精度难以保证。而在加工过程中采用复合钻后，钻孔、倒角、端面刮平同时解决，精度能很好保证，且提高了效率。

尽管可供选择的刀具材料很多，但在箱体加工上目前仍以硬质合金、合金涂层、人造金钢石、立方氮化硼为主。在具体选择上，应根据工件材料牌号、设定的切削量、尺寸精度要求来合理确定刀具材料。如果选用不合理，会造成加工精度达不到设计要求，造成浪费且效率低下。

选择刀具几何参数，必须考虑可能产生的切削振颤。前角、后角、刃倾角、主偏角、副偏角过大、过小，不仅影响耐用度，更有可能产生过度的振颤。

切削方式通常分为端刃切削、侧刃切削和面轮廓切削，它们能够达到不同精度和效果。在实际应用过程中，要根据工件精度要求、工艺系统刚性、切削力的大小、冷却条件，选用合适的切削方式。

进刀走向对加工精度的影响常常被忽视，如运用得当，可避免工艺系统刚性不足，减小切削阻力，改善润滑冷却效果，减小鳞片状毛刺的出现，提高加工精度。特别是在面加工中，影响更为明显。

1.3 选择合理的切削用量

加工过程中选择合适的切削速度，是保证加工精度和切削稳定的基本要素。在切削压铸铝合金时，在保证充分冷却、不产生切屑瘤的条件下，可保持高速切削。

只有当两种速度相向运动时，才会不断产生切削。加工箱体无论是平面还是孔系，切削进给基本是直线运动，进给量计算单位为mm/齿或mm/转，记录表述时通常换算成mm/min。进给量与切削速度共同直接影响光洁度，选择不当会产生振动、切削残留、排屑不畅、刀具损坏等，影响加工精度。

切削宽度和深度不仅影响切削效率，也决定加工阻力的大小，对工艺系统的振动和切削热量产生很大影响。诸多因素中，切削宽度的影响远大于深度和速度。因此，控制好切削宽度、深度、速度的比例，是实现切削高效、平稳的重要举措之一。

1.4 防止积屑瘤对工件表面精度的影响

积屑瘤是切削时切屑经过前刀面摩擦变形，其底金属产生滞流现象，在高温高压作用下，滞流层的金属与切屑分离而粘附在前刀面上形成。它是不断粘附、不断层积、不断增高的。它的形成改变了刀具的几何角度，对精加工影响巨大：增加了切削阻力，产生切削振颤；突出在切削刃上，会刺入工件表面，在工件表面划出一些与切削速度方向一致的纵向沟纹；碎裂时，其碎片会嵌入工件已加工的表面。

通过下列措施可降低积屑瘤产生的速度和影响：①选择切削速度时，避开积屑瘤的生成速度区；②加大刀具前角；③适度提高工件材料的硬度；④提高刀具前、后角面的光洁度；⑤选用合适的切削液。

1.5 选择合适的切削液

合适的切削液能迅速渗入刀具与工件切屑接触表面形成牢固的润滑薄膜，迅速将切削热从切削区带走，使切削温度降低，减轻工艺系统的热变形，有助于及时排出切屑，避免划伤、堵塞已加工表面。

1.6 防止工艺系统的受力、受热变形的产生

加工过程中，工艺系统会在夹紧力、切削力等外力作用下发生变形，破坏相互位置的准确性，从而产生加工误差，要通过相应措施避免变形的产生。①改善工艺系统刚度；②合理布置夹紧力点；③改善工件结构状态，防止毛坯的复映误差和切削后应力重新分布而产生的应力变形；④采取适当的工艺措施，进行变形补偿；⑤保切削液流量，控制局部温升，保持工艺系统的受热均衡。

2 加工实例分析

加工产品油锯曲箱时，由于毛坯材料为铝合金，材质偏软，且加工切屑颗粒较小，切削液过滤不够彻底，加工后的箱体平面度和粗糙度始终达不到设计要求，即左、右箱体的平面度0.04，而实际加工结果为平面度0.2左右。根据这一结果，首先分析产生平面度超差的主要原因：①检查盘铣刀的选用是否正确；②工装的工艺系统是否存在问题，是否存在压紧变形的现象；③切削液是否正确选用；④切削用量是否选择正确等。

通过分析认为，首先要用前角、后角较大的盘铣刀增加刀具的锋利程度，减少切削阻力；其次，气动工装压紧点的压紧力需要保持一致，查看是否压紧力过大。实际测量工件的三个压紧点的实际厚度为6mm、5mm、8mm，而工装在压紧与支承点的相对距离分别为2mm、0mm、2mm。

可见，三个压紧点的压紧力存在力量不均匀、压紧力过大的现象。由于气动工装是由气缸与相应的杠杆相结合而实现工件的压紧，所以通过调整气缸和杠杆的调整螺栓来调整实际的压紧点距离，使三个压紧点压紧后的实际尺寸为4mm、3mm、6mm，使压板与工件压紧点的实际压缩距离为2mm，尽量减少压紧变形。同时，检查切削液的浓度，切削液浓度应为3%～5%。调整切削参数，φ80盘铣刀的转速调整为4000转/min，进给调整为800mm/min。由于φ80盘铣刀为六刃，所以分担到每个刀齿上的切削量为0.033mm，减少了每个刀齿的切削量，从而减少切削阻力产生的变形。