機(jī)體主油道加工工藝方案設(shè)計與研究

溫云剛

（南車玉柴四川發(fā)動機(jī)股份有限公司，四川 資陽 641300）

機(jī)體主油道加工工藝方案設(shè)計與研究

溫云剛

（南車玉柴四川發(fā)動機(jī)股份有限公司，四川 資陽 641300）

在不使用專用深孔加工設(shè)備的情況下，通過對通用設(shè)備增加冷卻系統(tǒng)，設(shè)計專用刀具，并通過工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次設(shè)計，最終實(shí)現(xiàn)鑄件中速柴油機(jī)機(jī)體主油道加工。改變了傳統(tǒng)機(jī)體主油道只能鑄造，再打磨的方式，提高了柴油機(jī)主油道的清潔度，降低了工人勞動強(qiáng)度。

柴油機(jī)機(jī)體；主油道；加工；刀具

0 引言

目前，國內(nèi)中速發(fā)動機(jī)機(jī)體主油道孔大都為鑄造成型,如圖1所示。鑄造主油道會有砂眼、鐵包砂、氧化皮等，通常要通過主油道打磨的方式去除，打磨主油道勞動強(qiáng)度大、時間長，工作環(huán)境惡劣，并且難免有打磨不到的死角，這樣裝機(jī)后隨著柴油機(jī)運(yùn)行一些細(xì)小砂?；蜓趸锏葧粰C(jī)油沖出進(jìn)入潤滑系統(tǒng)，加劇發(fā)動機(jī)各部分零件的磨損。

圖1 16V240、16V280機(jī)體主油道

國外相關(guān)產(chǎn)品主油道大都采用機(jī)械加工的方式，我公司引進(jìn)的日本三菱燃?xì)鈾C(jī)圖紙明確要求機(jī)體主油道要機(jī)械加工出來。12V三菱柴油機(jī)機(jī)體主油道直徑φ100 mm，長度3380 mm；18V三菱柴油機(jī)機(jī)體主油道直徑φ100 mm，長度5000 mm。我公司現(xiàn)有設(shè)備不能夠滿足加工要求，經(jīng)過考察加工此類孔的專用設(shè)備，價格大約在500萬元之上，制作設(shè)備的周期在一年以上，且制國內(nèi)造廠家少。由于試制時間緊迫，我們在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上通過設(shè)計、優(yōu)化刀具方案，改進(jìn)冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)體主油道的加工。

1 設(shè)計工藝方案

經(jīng)過多次商討最終確定可行的加工方案為：現(xiàn)有加工設(shè)備+專用刀具+冷卻排屑系統(tǒng)改造。根據(jù)我們現(xiàn)有設(shè)備綜合考慮，設(shè)備選用數(shù)控龍門鏜銑加工中心，心主軸功率75 kW，銑頭主軸所受最大轉(zhuǎn)矩8000 N·m。刀具采用美國聯(lián)合機(jī)床公司（AMEC）生產(chǎn)的鏟鉆方案，如圖2所示。其特點(diǎn)是內(nèi)冷排屑深孔一次加工成型。加工12 V三菱柴油機(jī)機(jī)體主油道采用兩頭鉆孔對接的方式，刀具有效長度1700 mm左右。由于刀具的長度太長，自重使得刀具安裝到機(jī)床后鉆尖下垂3 mm左右。首先采用相同直徑的短鉆頭鉆出導(dǎo)向引孔，導(dǎo)向引孔深度200 mm。

刀具參數(shù)：刀片直徑為φ100 mm；刀桿直徑為φ89 mm；長鉆頭長度為1780 mm，短鉆頭長度為200 mm；刀片材料為高速鋼（表面物理涂層）；刀具重量為80 kg；內(nèi)冷要求為壓力1 MPa，流量80 L/min；切削速度為25～40 m/min；進(jìn)給速度為0.30～0.40 mm/r。

圖2 刀具方案

冷卻系統(tǒng)由于現(xiàn)有機(jī)床的切削液壓力及流量不能滿足刀具要求,所以采用外冷轉(zhuǎn)內(nèi)冷的方式。外接水泵通過刀具上的接頭轉(zhuǎn)成內(nèi)冷。

2 工藝試驗(yàn)

2.1 第一次試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證工藝方案，測量實(shí)際加工工藝參數(shù)。試件材料為QT400；試件尺寸為2000 mm×280 mm×140 mm。

試驗(yàn)難點(diǎn)及注意事項：鉆孔深度深鉆到較深處時可能排屑不暢，容易引起鐵屑卡住刀片或刀桿，從而破壞刀具。在試驗(yàn)過程中確保冷卻液壓力，如聽到異響或看到孔口冒煙應(yīng)立即停止試驗(yàn)。

試驗(yàn)過程：1）確定鉆孔位置鉆出引導(dǎo)孔直徑 φ100 mm、深200 mm；2） 將固定套裝入長刀桿，安裝好刀具，機(jī)床在孔中心定位后人工輔助將刀具前端抬起，鉆頭慢慢開進(jìn)引導(dǎo)孔內(nèi)，再將固定套嵌入孔口。3）開啟切削液，開啟主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定為130 r/min，進(jìn)給60 mm/min，開始走刀鉆孔。

圖3

第一次試驗(yàn)結(jié)果：如圖3所示，由于鉆孔產(chǎn)生的鐵屑在孔內(nèi)堆積，會將孔口定位套推出。鉆套滑落后，刀桿的重量完全靠刀片的棱邊的支撐，所以固定鉆套滑落后，導(dǎo)致內(nèi)孔被鉆頭拉傷嚴(yán)重，同時對刀片的損傷很大。固定鉆套只能在孔口起支撐作用，當(dāng)越鉆越深時固定鉆套的支撐作用逐漸減小，特別是當(dāng)鉆通時固定鉆套不起作用，而產(chǎn)生振動。由于固定鉆套起不到全程支撐作用，加工的表面質(zhì)量差，內(nèi)孔拉傷、啃傷嚴(yán)重，如圖4所示。

圖4

2.2 定位方案調(diào)整

為了解決第一次試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，刀具定位由孔口加定位套改為在刀具前端增加定位裝置，具體方案有以下3種，如圖5所示。第一種方案為在刀具前端增加定位鍵；第二種方案為在刀具前端增加半圓型定位塊；第三種方案為在刀具前端加上定位圈。3種方案對比，方案一優(yōu)點(diǎn)是不影響排屑，缺點(diǎn)是由于刀具自重下垂，在刀具轉(zhuǎn)動時會交替擺動；方案二優(yōu)點(diǎn)是不影響排屑，缺點(diǎn)是相對方案一擺動得到較好改善，但依然存在較大風(fēng)險；方案三由于采用定位圈在刀具轉(zhuǎn)動時任意角度都能起到定位作用，但對刀具排屑有一定影響。

圖5 刀具方案調(diào)整

綜合考慮，定位圈在冷卻液出口位置，此處冷卻液壓力較大，因此定位圈對排屑影響大為減弱，為了更有利于排屑，在定位圈前端磨出30°斜面。最終確按方案三進(jìn)行整改。

2.3 第二次試驗(yàn)

刀具重新改造后按第一次試驗(yàn)的過程再次進(jìn)行了加工試驗(yàn)。加工過程中排屑順暢?？准庸ね戤吅笃书_試件（見圖6）可見加工表面光滑，無拉傷情況，粗糙度可達(dá)Ra6.3以上。兩端對接后在1750 mm范圍水平方向最大偏移量為0.8 mm，垂直方向最大偏移量0.65 mm。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1）通過工藝試驗(yàn)，采用直徑φ100 mm，有效長度1780 mm的鏟鉆能夠滿足三菱機(jī)體主油道的加工。

2）表面光滑，無拉傷情況，粗糙度可達(dá)Ra6.3μm，優(yōu)于圖紙設(shè)計要求。

3）在1.75 m范圍上水平最大偏移為0.8 mm，垂直方向最大偏移0.68 mm，計算最大偏移量為±1.05 mm。如果12 V三菱機(jī)體主油道對接加工，在長度1700 mm處與孔的理想中心偏移±1 mm左右，如兩端方向相反會形成2 mm左右的臺階,方向相同臺階越小。機(jī)體內(nèi)控要求主油道對接后形成的臺階在3 mm以內(nèi)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足內(nèi)控質(zhì)量要求。

圖6

3 相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)計算

為了防止壓力過大安全開關(guān)跳閘，此時流量開關(guān)保持在總流量的70%最佳（水泵功率為4 kW，揚(yáng)程為178 m，流量為4 m3/h）。

水泵壓力 P=ρgh=1000×9.8×178=1744400 Pa=1.7444 MPa，1.7444×0.7=1.221＞1 MPa（水泵壓力符合要求）。

水泵流量 Q=V/T=4000/60=66.67 L/min，66.67×0.7=46.67＜80 L/min（流量小于鉆頭加工需要的流量）。

參考切削參數(shù)：切削速度Vc=30～40 m/min，進(jìn)給速度f=0.3～0.4 mm/r。

試驗(yàn)時實(shí)際轉(zhuǎn)速為123 r/min（設(shè)定130r/min）實(shí)際進(jìn)給為54 mm/min（設(shè)定60 mm/min）最佳，運(yùn)動最平穩(wěn)，切削穩(wěn)定，此時機(jī)床功率顯示為總功率的20%～26%。

切削速度 Vc=πDN/1000=123×100×3.14/1000=38.622＜40切削速度符合要求。

進(jìn)給量f=54/123=0.43。

另由專用軟件計算出所需鉆削功率11.97 kW，轉(zhuǎn)矩841 Nm機(jī)床主軸功率75 kW，轉(zhuǎn)矩8000 N·m，最大鉆速600 r/min均在機(jī)床參數(shù)范圍內(nèi)。

圖7 12V三菱機(jī)體主油道加工照片

4 結(jié)論

通過前期工藝試驗(yàn)確定的最優(yōu)參數(shù)及刀具方案，我們成功地在12V三菱機(jī)體上實(shí)現(xiàn)了主油道加工，對接鉆通總共用時約3h。整個加工過程及最終結(jié)果都好于預(yù)期，孔內(nèi)表面粗糙度在Ra6.3～12.5μm之間，中間接刀出臺階小于2mm，如圖7。

（編輯 啟 迪）

TK429

B

1002-2333（2015）10-0263-03

溫云剛（1983—），男，工程師，主要從事中速發(fā)動機(jī)零部件加工工藝工作。

2015-03-26