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發動機深孔加工技術

2019-6-3 來源：轉載作者：-

深孔加工向來是金屬切削加工難點，采用傳統工藝會造成槍鉆崩刃、折斷等問題。通過改進槍鉆結構形式——可轉位刀片+帶導條式高強度刀桿，采用帶斷屑槽刀片，使得排屑更順暢，徹底解決折斷及崩刃類異常，提升加工質量。

近年，我國東部某廠自主研發了一款油耗低、動力強、可靠性高的重型柴油機，深得用戶青睞，其氣缸體上有諸多用于冷卻水道或潤滑油道的深孔需要加工，其中底面φ26mm×275mm就是其中之一。為提升設備利用率，減少投資成本，在設計方案時放棄了傳統的專用機床方案，而采用德國進口GROB（格勞博）高速加工中心加工，但經常會出現可修磨槍鉆壽命低、斷刀率高等問題。

1. 加工條件

加工設備：德國GROB G700加工中心

槍鉆：單刃焊接槍鉆φ26mm×546mm

刀柄：GUHRING HSK100-A側固鎖緊

切削液：FUCHS水溶性乳化液ECOCOOL 68CF2W，乳化液濃度：8-10%

內冷流量壓力：75L/min，4MPa

切削參數：底面油孔，孔直徑26mm，孔深275mm，轉速1041r/min，線速度85m/min，進給量240mm/min，每齒進給量0.23mm

工藝要求如圖1所示。

圖1 底面深油孔加工工藝要求

2. 實際使用中存在的問題

該生產線投入使用后，為保證此類深孔加工質量穩定性，槍鉆刀具為德國生產。但在實際使用中經常出現崩刃和斷刀（見圖2）等問題，造成刀具損耗和零件報廢。

圖2 槍鉆斷刀

統計該工序近半年時間內刀具使用情況得知：累計使用該槍鉆230次，其中斷刀15次，斷刀率達到6.4%，刀具異常損耗達數萬元。此外，為了減少發動機自重，缸體采用精密薄壁鑄造工藝，實測該深油孔加工完后其厚度不足5mm，故在斷刀發生后，由于鐵屑和硬質合金刀頭擠壓，很容易造成孔壁破壞，從而造成整個氣缸體報廢，近半年造成工廢6件。

3. 原因分析

通過組織技術人員分析排查刀具壽命情況和異常斷刀狀態，同時通過機床自帶的主軸監控系統，分析其加工過程情況，進一步分析排查該深油孔加工斷刀原因，主要為：

（1）槍鉆刃口磨損嚴重。通過對換下的槍鉆進行觀察，發現槍鉆主切削刃、側刃和后刀面磨損情況比較嚴重，軸向磨損量超過2mm，增大了槍鉆鉆削過程中的切削阻力，增加斷刀風險。

槍鉆刀頭磨損嚴重，與槍鉆沒有涂層有很大關系，缺少涂層對刀頭硬質合金基體隔熱和潤滑保護，其磨損會急劇加快。而槍鉆由于刀頭和槍身需要焊接，加之兩種材料高溫變形量不同，決定了其無法在精磨后實施涂層工藝。

（2）排屑不暢。在對機床設備監控系統數據進行分析排查時發現，按照刀具布置圖要求機床內冷流量/壓力：75L/min、4MPa，但近半年出現多達20次以上的內冷高壓報警，伴隨該報警信息之后就會出現主軸負載報警以及斷刀的發生。

之后，進一步對機床主軸負載曲線分析，并比較正常加工和斷刀件的負載監控曲線后發現（見圖3），正常加工的工作主軸負載新刀的上下波動范圍35-55%，整個加工過程是一個線性均勻變化曲線，前后兩個工件間的波動幅度小于5%；而斷刀件負載監控圖形，則會在內冷堵塞的時候不斷升高，一般達到70%時，槍鉆刀頭焊接部位會扭斷，該過程中其負載上下波動范圍在45-70%，幅度達到25%；斷刀工件孔內的大量鐵屑也證實，排屑不暢，存在鐵屑堵塞現象是該槍鉆斷刀的主要原因之一。