缸盖、缸体加工刀具失效分析

金延安

上海华普发动机有限公司 上海 201501

关键字：缸盖；内冷铰刀；专用镗刀；四螺旋齿

1 序言

缸盖、缸体生产线加工设备完成后，先在机床制造厂按照工艺流程排列，接入水、电，进行试生产，加工合格后，再移到用户公司进行缸体、缸盖整条生产线安装，并对设备作批量生产考核。整个试生产阶段，出现最多的问题是刀具失效，刀具是生产线稳定加工的关键。现对刀具出现的主要问题及解决措施进行分析。

2 缸盖生产线

1）气门导管内孔尺寸φ6H7和表面粗糙度值Ra＝3.2μm在试生产时未达到要求。采用上海玛帕贸易有限公司（MAPAL）的导管孔专用镗刀（见图1）进行加工，当加工＜30件时，内孔表面粗糙度值Ra＝3.2μm，符合要求。随着加工件数量的增加，内孔表面出现不连续的环形痕迹，内孔表面质量不合格，镗孔基本失效。

图1 气门导管孔专用镗刀

经分析，失效原因如下：缸盖导管孔L/D＞10（属于深孔加工），孔内切削液供应不充分，冷却效果达不到理想状态，造成镗刀刀尖与内孔表面切削接触处温度升高，加快镗刀切削刃磨损，致使镗刀切削阻力增加，引起镗杆不连续振动，导致缸盖导管内孔表面出现镗刀的环形痕迹。气门导管内孔端面处于缸盖内部（见图2），镗杆在实际加工中处于比气门导管全长更长的悬臂状态。镗杆直径5mm，刚性不足，引起镗刀不连续振动，造成缸盖导管内孔表面出现环形振动痕迹。由于镗刀刀片尺寸小，人工安装调整刀片无法达到理想设计位置，所以镗刀处于非常规的切削状态，引起气门导管内孔表面加工质量下降。

图2 气门导管内孔端面

另外，MAPAL公司的加工气门导管孔专用镗刀，其刀片尺寸小，无法在车间磨刀房刃磨，用钝的镗刀片只能使用一次就报废，增加刀具成本，且无法解决刀具使用寿命和加工质量两大难题。采用专用镗头，一次定位，加工气门导管内孔和气门座圈密封面，先铰孔，铰刀在液压缸作用下快速退出至铰刀导套内，再加工气门座圈60°、90°和120°锥面，最终形成宽1.2mm密封面。经验证，铰孔能满足气门导管孔中心对气门座圈密封面φ0.06mm径向圆跳动的要求，采用铰孔代替镗孔是可行的。

由于专用镗刀刚性不足，所以提高刀具的整体刚性是解决问题的根本，采用与气门导管内孔等直径的整体硬质合金四螺旋齿内冷铰刀（见图3），消除刀具在加工时的振动。

图3 整体硬质合金四螺旋齿内冷铰刀

经批量生产证明，气门导管内孔表面刀具振动痕迹彻底消失，导管内孔表面粗糙度值达到图样要求。采用整体硬质合金四螺旋齿内冷铰刀切削，主要有以下优点：切削时，4个螺旋齿逐步切入内孔，每齿负荷只有整个刀具负荷的1/4，切削阻力小，保证了导管内孔表面质量。铰刀具有内冷结构，喷切削液与铰孔切削过程同步进行，刀具在整个加工过程中能获得充分冷却，无刀具发热引起的磨损，铰刀一次安装可以加工300件以上合格的内孔。用整体硬质合金四螺旋齿内冷铰刀，还可以在车间磨刀房多次刃磨铰刀的后角，重复使用，延长了刀具寿命，大大降低了刀具的成本。

2）粗扩缸盖16个挺柱孔，机床出现闷车。缸盖16个挺柱毛坯为φ15mm，粗镗到φ31.5mm，单边余量＞7.5mm，刀具进给时轴向阻力太大，有时机床出现闷车。由于刀具进给阻力大，刀具与缸盖挺柱孔摩擦发热，出现两者熔结现象，所以造成主轴无法退出工件。将粗扩刀改成阶梯形状（见图4），变为先一次粗扩，再二次半精扩，分散切削负荷，减少进给轴向阻力。经验证，此方法不但提高了挺柱孔的加工质量，而且再也没发生机床闷车现象。

图4 粗扩刀改进前、后对比

3 缸体生产线

1）加工缸体侧面固定发电机支架有8个螺纹孔，钻M8螺纹底孔φ6.7mm→孔口倒角→铣φ20mm圆撘子，复合刀（见图5）失效。复合刀的设计意图是减少一次换刀时间，缩短本工序的生产节拍，将钻孔、倒角及铣平面复合起来，但是加工时，钻头先接触缸体毛坯钭面，其定位困难，易折断，出现钻头在与铣刀连接处断裂现象。经分析，复合刀设计违反工艺编制，应先加工平面，后钻孔、倒角的原则。

图5 复合刀

2）加工缸体侧面机油滤清器安装平面用φ60mm焊接铣刀（见图6），刀具加工失效。因为机油滤清器安装平面为φ70mm，铣刀的直径投影面＜φ70mm，铣刀直径小，切削速度低，而且分多次加工，所以，缸体侧面机油滤清器安装平面的表面粗糙度、平面度不合格。同时，焊接铣刀一个刀齿打坏，整个铣刀报废。改用φ110mm可转位刀片机夹铣刀后，提高了切削速度，一次铣削成功，既保证了机油滤清器安装平面的表面粗糙度、平面度，也大大延长了机夹铣刀的寿命，提高了加工效率，降低了刀具成本。

图6 φ60mm焊接铣刀

4 结束语

镗孔一般使用在孔径大、有位置度要求的孔径加工中，如镗缸体的缸孔，采用镗孔能纠正缸孔前道工序造成的位置度误差，既满足各缸孔中心的位置度要求，又能保证缸孔本身的精度。铰孔适用于＜φ10mm的孔的精加工，铰刀刚性好，前道工序为加工导向孔，不会产生振动，虽然纠正不了铰孔前道工序位置度误差，但是对于独立要素的孔本身的精度，铰孔加工能够得到保证。

镗孔与铰孔都是机加工常用的方法，它们各有利弊。通过对缸盖、缸体加工用刀具分析，选择合理的刀具结构及合理的刀具参数，不仅保证了加工成本和加工质量达到相对平衡，而且提高了缸盖、缸体的生产效率和加工质量。