數控立車加工氣缸套密封槽問題分析與解決

劉剛 王銳

摘 要：本文對氣缸套生產中，密封槽加工存在的振動、尺寸難以控制、表面狀況不佳等問題進行分析，通過對加工系統的刀具規格和材質、切削參數進行調整，并采用變速切削的方式，消除振動，最終解決了槽加工過程中存在的問題。

關鍵詞：密封槽；振動；振紋；變速切削；刀具

1 引言

氣缸套為柴油機動力組件的重要零件之一，其質量的好壞直接影響到柴油機的油耗、壽命、排放等指標。本文以我公司與美國GE公司合作生產的氣缸套為例，對該產品上密封槽加工過程中存在的難點進行分析并予以解決。

該氣缸套在數控立車上完成外圓的精車，包括其中的密封槽的加工，如圖1所示。

根據經驗，該槽最理想的加工方法是采用成形刀片，直接進刀而得到，利用280氣缸套的割槽刀做切削驗證，參數如下：轉速80轉/分鐘，進給0.15毫米/轉，但我們在實際加工時，出現較明顯的振動和噪聲，刀片磨損嚴重，尺寸難以控制，不能滿足圖紙的技術要求，且加工表面存在振痕，振痕的存在會導致氣缸套與其配合件組裝之間漏水，滲入燃油中，導致柴油機故障發生。

2 問題的分析與解決

加工后的實物狀況如下圖2所示，根據加工過程中振動情況和加工后的表面狀況，分析其原因可能存在于以下幾個方面：設備剛性、工件材質與成型方法、刀片的選用、加工參數、切削振動等幾個方面。

2.1 設備剛性

首先考慮到的是設備的剛性不足，為減小切削力，降低機床載荷，將成形刀片更換為5mm寬的割槽刀，并對加工參數作適當調整，但振動仍然存在，加工表面狀況同樣較差，沒有明顯改善。為了進一步求證是否是設備剛性問題，刀具更換為3mm的割槽刀片再次試切，加工狀況明顯好轉，刀具切入時，沒有刺耳的噪聲，切削比較平穩，經調整切削參數，加工后表面的振痕明顯減輕，但刀片的磨損還是較為嚴重。

通過該試驗證明，設備剛性存在一定程度的不足，通過刀具調整彌補后，仍然存在加工表面狀況不理想和刀具磨損問題。

2.2 工件材質與成型方法

接下來，開始對工件材質與成型方法與我們公司現有產品進行比較。公司原有產品為材料為合金硼鑄鐵，通過普通方法澆鑄成型，硬度范圍在HB210～250之間，而合作生產的氣缸套為合金鑄鐵，為增加其耐磨性，添加了耐磨成分，而且該該氣缸套通過離心澆鑄成型，經對其硬度檢測，基本都在HB300以上，另外，通過離心澆鑄得到的產品，其材料的致密程度較普通澆鑄高出很多，這些在一定程度上，降低了該氣缸套的可加工性，特別是加工余量相對來說較大的密封槽。對于材料成分和成型方法，我們沒法改變，所以只能從刀具材料的匹配上進行考慮。

2.3 刀片材質選配

在最初階段，考慮工件為鑄鐵件，選用的為肯納的材質KC5010的刀片，該材質的刀片適合與鑄鐵件的加工。在開始試制時，在明顯切削振動和輕微切削振動時，刀片的刃口磨損都很快。根據我們選用數種材質的刀片反復切削試驗，最終選定材質為KC9513的割槽刀片。經多次切削驗證，該刀片的耐磨性明顯高于原先采用的刀片，且加工后產品的尺寸比較穩定，因加工過程中仍然存在輕微振動，表面質量還是存在振痕。

2.4 變速切削

針對加工過程中的振動，我們對設備擴充了變速切削功能。當加工系統的參數，包括工件材料、刀片材質、轉速、進給、切深，甚至裝夾等確定后，整個加工系統會存在一個振動，這個是固有的，不能避免的，只是大部分情況下，該振動對加工工件的影響很小，可以忽略不計。我們在實際加工過程中，不斷對切削參數進行調整，仍然存在振動，證明切削參數對振動的改善作用很小。在此情況下，考慮了變速切削。

變速切削的功能就是在加工過程中主軸轉速在某個范圍內不斷變更，以打破整個加工系統固有的振動，當轉速調整至某個范圍內時，系統的振動會明顯減弱，從而提高工件加工的表面質量。

經過多次的試驗，最終我們將變速切削過程中的轉速變動范圍確定在80～85轉/分鐘。在這種情況下，加工過程中的振動明顯減弱，切削過程平穩，密封槽加工后尺寸、表面質量都符合圖紙要求，如圖3所示。

3 總結

綜上，在設備剛性不足的條件下，通過對加工系統的刀具規格和材質、切削參數進行調整，并采用變速切削的方式，消除振動，最終完成了該氣缸套上密封槽的加工，尺寸和表面狀況都能達到圖紙的設計要求。