柴油機機身大長徑比深孔加工技術(shù)

陜西柴油機重工有限公司(興平 713105）何猛剛 楊 忻

我廠是生產(chǎn)船用中高速柴油機的專業(yè)廠家，在柴油機零件生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會遇到臺階深孔的加工，原來的加工方法是用麻花鉆加工或用槍鉆打出底孔，再用擴孔刀加工出臺階孔。該方法加工效率低，而且容易出現(xiàn)臺階孔不同軸現(xiàn)象，導(dǎo)致零件加工不合格，影響柴油機裝配關(guān)系。

下面以柴油機機身的加工為例，談?wù)勁_階深孔的高效加工應(yīng)用。圖1所示為某型柴油機機身缸蓋螺栓孔示意圖。

圖1

1.鉆床加工深孔方法

受加工條件限制，在鉆床上用鉆模加工，加工工序如表1所示。

表1

用麻花鉆加工深孔存在以下困難:

(1)鉆頭長徑比大，剛性差，加工時易彎曲和振動，孔的直線度很難保證。

(2)切屑不易排出。

(3)切削液不易進(jìn)入，切削溫度過高，散熱困難，鉆頭易磨損。

深孔加工時按照孔深麻花鉆分級設(shè)計，加工一定深度將鉆頭退出，帶出切屑，加入切削液。這樣可以有效改善加工條件，保證加工質(zhì)量。由于麻花鉆切削刃為對稱分布，具有中心引導(dǎo)功能，臺階深孔先鉆大直徑孔，后鉆小直徑孔，可以保證臺階孔的同軸度，防止鉆偏。

深孔攻絲，由于絲錐長徑比大，剛性差，機床主軸扭矩傳送有一定的損耗，大多采用浮動攻絲，絲錐以加工過的孔 (φ33mm)為導(dǎo)向可以有效限制絲錐的擺幅，提高攻絲質(zhì)量，保證絲孔與光孔的同軸度。由于螺紋底孔和導(dǎo)向孔的質(zhì)量不高，所以螺紋加工質(zhì)量不穩(wěn)定。

經(jīng)測試，加工一個缸蓋螺栓孔有效加工時間為21min，共用了7把刀具。加工輔助時間長，操作勞動強度大，加工質(zhì)量不好，加工成本高。

2.加工中心與鉆床結(jié)合的加工方法

首先在加工中心加工基準(zhǔn)孔，加工工序如表2所示。

表2

然后在鉆床上以加工中心鉆出的孔為基準(zhǔn)，擴孔、攻絲，加工工序如表3所示。

表3

在加工中心上采用槍鉆和槍鉆引導(dǎo)鉆技術(shù)，加工深孔可以提高加工效率，但受目前國內(nèi)刀具制造水平限制，槍鉆引導(dǎo)鉆頭頭部為高精度整體合金，經(jīng)精磨處理，國內(nèi)目前只能提供直徑在20mm以下的整體合金鉆頭，直徑大于20mm時就需要進(jìn)口，如進(jìn)口SECO、Botek、Sandvik等公司的鉆頭。國內(nèi)可以提供單刃槍鉆，使用效果良好。

將擴孔安排在鉆床上加工主要在于加工中心主軸為剛性，槍鉆加工的孔直線度一般與主軸中心有一定的偏移，在加工中心上剛性擴孔不可能與已有底孔重合，在鉆床上擴孔由于擴孔刀切削刃為對稱分布，可以均勻切削。切削時主軸松開，靠工人控制，擴孔刀沿著切削量方向加工，從而保證了擴孔與鉆孔中心重合，防止擴偏，但操作勞動強度大，不經(jīng)濟(jì)。

經(jīng)測試，用加工中心與鉆床結(jié)合加工一個孔的有效加工時間為13min，其中加工中心6min，鉆床7min，鉆床輔助時間長。共用了5把刀具。

3.改進(jìn)后的高效加工方法

在加工中心加工所有光孔，加工工序如表4所示。

表4

在鉆床上僅攻絲。有效加工時間2min，加工質(zhì)量好。

在加工中心上采用復(fù)合槍鉆 (見圖2)和槍鉆引導(dǎo)鉆技術(shù)，是臺階深孔 (D/L＞10，φ15mm＜D＜φ45mm)高效加工的方向。但受目前國內(nèi)刀具制造水平限制，復(fù)合槍鉆由于受技術(shù)及合金材料限制，國內(nèi)目前還無法提供，刀具需進(jìn)口。可以提供復(fù)合槍鉆的公司有 Botek、GUHRING、hamand等。我公司在應(yīng)用中比價采購φ20mm附近時選用GUHRING產(chǎn)品，φ30mm以上選用Botek產(chǎn)品。

圖2

采用帶內(nèi)冷的復(fù)合槍鉆加工臺階孔，由于冷卻充分，排屑通暢，加工過程不用退刀，加工效率高。臺階孔同軸度靠刀具保證，可靠，孔徑一致性、直線度好，表面粗糙度值Ra可以達(dá)到1.6～3.2μm。螺紋底孔、導(dǎo)向孔質(zhì)量高，攻絲質(zhì)量好，穩(wěn)定。同時由于槍鉆引導(dǎo)鉆和復(fù)合擴孔鏜刀可以放入加工中心刀庫內(nèi)，實現(xiàn)自動換刀，加工輔助時間大大縮短。

經(jīng)測試，改進(jìn)方法后加工一個孔有效加工時間為8min，其中加工中心6min，鉆床2min，輔助時間短。共用了4把刀具。

圖3所示為某型柴油機機身主軸承螺栓孔示意圖。

圖3

如果按照原來的加工方法，首先在加工中心上加工，加工工序如表5所示。

表5

然后再到鉆床上加工，加工工序如表6所示。

表6

由于在加工主軸承螺栓孔時，模塊需接長在400mm左右，刀具都特別長，剛性差，加工時易產(chǎn)生振動，鏜孔效率不高。由于刀具超長，無法上機床刀庫自動換刀，只能手動裝刀。

經(jīng)測試，加工一個孔有效加工時間為30min，其中加工中心24min，鉆床6min，輔助時間很長。共用了7把刀具。

采用改進(jìn)后的高效加工方法，首先在加工中心上加工，加工工序如表7所示。

表7

然后再到鉆床上加工，加工工序如表8所示。

表8

采用Komet公司ABS模塊接帶內(nèi)冷高效U鉆(見圖4)可以加工L/D＜10的孔，由于鉆頭帶中心鉆，所以不需要打引導(dǎo)孔，還可以套打，即先加工大孔，然后在大孔的基礎(chǔ)上再加工小孔，經(jīng)過幾次套打加工出的多級臺階孔，由于有中心鉆引導(dǎo)可以保持臺階孔較高的同軸度。同時內(nèi)冷高效U鉆加工出的大量切屑由切削液沖出，排屑通暢，加工的孔表面質(zhì)量好，效率高，是加工深孔臺階孔的發(fā)展方向。

圖4

同時由于刀具數(shù)量減少，也縮短了輔助時間。

經(jīng)測試，加工一個孔有效加工時間為14min，其中加工中心8min，鉆床6min，輔助時間減少。共用了5把刀具。

4.結(jié)語

通過合理選用帶內(nèi)冷高效刀具在加工中心上實現(xiàn)臺階深孔的高效加工，縮短了輔助時間，保證臺階孔深孔良好的直線度和同軸度，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)能，滿足了產(chǎn)品零件大批量生產(chǎn)要求。