发动机缸体三刃钻优化解决刀柄粘屑质量隐患

薛 飞

上汽大众汽车有限公司 上海 201805

缸体孔系加工中有不少闷盖孔，精度等级H9。以5B286孔为例，如图1所示，先用两刃带直槽钻将毛坯钻出φ19.5的孔，再铰至φ20H9。这种“钻－铰”的工艺路线（见图2）是加工中小直径孔普遍采用的加工方式，该方案加工经济精度能达到7级。但是在实际生产过程中偶尔会遇到闷盖孔加工直径超差的现象，但追溯工件批次后，发现往往这种超差件的前后加工工件孔直径都是合格的。这也就意味着通过正常的抽检无法完全发现这种直经超差工件，只有等到缸体送到装配线在压装闷盖时才会被发现。

图1 闷盖孔工序

图2 “钻—铰”工艺示意

问题分析

经过分析加工工艺和加工程序，认为这种超差现象是由于铰刀刀柄粘铁屑造成的。如图3所示，GROB加工中心的刀库中有一个清洁刀柄的毛刷。执行换刀的辅助命令有二种，一种是M6指令，该指令动作为先用毛刷清洁刀柄然后换刀；另一种是M66指令，该指令动作为不清洁刀柄直接换刀。当前刀具加工时间较长时，刀库中有足够的时间完成毛刷清洁刀柄动作，就采用M6命令换刀，当前刀具加工时间小于刀库的换刀时间（例如只加工一个孔），为了不引起等待换刀对节拍的影响。GROB编程人员就会使用“不刷刀柄直接换刀”的方式。

图3 刀库清洁刀柄毛刷机构

既然找到了原因，解决的办法就有了，只需要把铰刀的换刀指令改为M6。问题看似解决了，但毛刷清洁刀柄过程需要3s，而且同一道工序，类似情况还不只一把刀具，需要继续探寻是否存在既能解决主轴粘屑的问题又能不延长节拍的办法。仔细分析工艺要求和毛坯结构，笔者提出了采用三刃钻的加工方案。

如图4所示，先用加工M10螺纹底孔的钻头将实心毛坯上钻穿一个φ8.5mm的工艺孔，再用三刃钻扩至φ20H9。由于M10螺纹底孔本来就在该工序上加工数量较多，应此加工螺纹底孔的时间足够三刃扩孔钻在刀库内清洁刀柄。该方案同时减少了原φ19.5mm直槽钻的换刀和切削时间。

图4 三刃扩孔钻结构与角度

方案实施

和普通两刃麻花钻相比三刃钻有以下特点：

（1）钻芯厚度大，钻头刚性好 该孔在毛坯上已经预钻出φ8.5mm的通孔，所以钻芯处的横刃不参与切削，钻头加工时轴向抗力相对较小。

（2）三条刃带在孔壁上支撑，导向性好 普通钻头是二刃带支撑，加工过程中容易摆动，导向性差，加工出的孔容易失圆。如图5所示，为用原“钻—铰”工艺与优化后扩孔工艺分别加工的缸体闷盖孔，经三坐标测量仪测量的结果。FORM代表测量孔时，取样点与理想圆的误差情况。其中φ19.5mm两刃带直槽钻加工FORM为0.0019mm，φ20mm铰刀加工FORM为0.001mm，φ20mm扩孔钻加工FORM为0.0008mm。可知采用三刃扩孔钻加工孔的精度与铰孔接近。

图5 三坐标测量仪检测结果

（3）三刃钻相较二刃直槽钻多一个刃口切削，刀具寿命高、进给速度快 原直槽钻转速2100r/min，进给525mm/min。现优化刀具后转速1600r/min，进给750mm/min，线速度由原来的128.5m/min下降到90m/min，进给速度将近是原来的1.5 倍。刀具寿命仍然维持原来的2000件，但可省去铰孔步骤。刀具单耗大大降低，并且前序的加工时间20.3s，有充裕的时间允许刷刀柄换刀，不但杜绝刀柄粘屑还能提升效率。由于扩孔的余量较大，加工时存在较大的切削抗，经过实际加工不断调试加工参数，当转速在1600 r/min时，每齿进给低于0.1mm就会产生振刀，加工的孔表面产生鱼鳞纹，同时孔径超差。

结合实际加工情况，对三刃钻进行了两项优化（见图6）：一是进一步加大钻芯，提高钻头刚性和刀刃的强度；二是采用双峰角的钻尖形式，即在钻肩增加一个1.5×90°的第二峰角，减少钻肩磨损提高钻头寿命，并降低孔壁的粗超度。

图6 钻头、铰刀与三刃钻对比

结语

针对缸体闷盖孔加工过程中产生的直径随机超差现象进行深入分析，排查出产生刀柄粘屑的原因，没有简单的采用清洁刀柄的传统措施，而采用三刃扩孔钻，代替原有“钻—铰”工艺，既减少换刀时间提升生产效率，又降低刀具成本且能稳定地保证闷盖孔的加工质量。