解決2.0L缸蓋導管孔在鉸孔時孔徑收縮問題

李越宇

（中海油能源發展股份有限公司湛江人力資源服務分公司，廣東 湛江 524000）

解決2.0L缸蓋導管孔在鉸孔時孔徑收縮問題

李越宇

（中海油能源發展股份有限公司湛江人力資源服務分公司，廣東 湛江 524000）

本文針對2.0L缸蓋導管孔在鉸削后，出現孔徑收縮現象進行分析，并通過試驗測定的方法解決該問題，并取得了良好效果。

導管孔；鉸孔；收縮

切削加工生產中，各類刀具在切削過程中均存在不同程度的擴張或收縮，特別是在中小孔的精加工中最常用的鉸刀。由于鉸孔時的加工余量較小，一般為0.05mm～0.20mm；而且鉸削是一個非常復雜的切削、擠刮和磨擦的過程，容易發生孔徑的擴張和收縮現象。分析其現象，合理地將這種特性利用到鉸刀直徑尺寸和孔徑尺寸精度控制中，可大大節約生產成本。

一、問題的出現

本人在某個汽車發動機組裝修配廠實習期間，常碰到這些現象：鉸刀在一種材料上加工時，得到的孔徑比鉸刀直徑小；還有工件的加工孔徑尺寸從初始尺寸開始慢慢變小，但刀具直徑尺寸幾乎沒有變化。如曾有加工2.0L缸蓋導管孔的直徑為φ6+0.012mm，其切削參數為：

主軸轉速：n=1200r/min；

進給量：f=0.192mm/r；

加工余量：ap=0.15mm；

切削液：濃度為9%～11%的乳化液；

表1　不同刀具的特性

鉸刀：主偏角為15°的6刃硬質合金鉸刀，刀具直徑為φ60-0.003mm；

工件材質：粉末冶金。

在加工第一個缸蓋上8個導管孔中發現個孔徑有不同程度的收縮，其值在-0.015mm～-0.005mm范圍內，其余2個孔徑符合要求，解決孔徑的收縮問題，急不容緩。

二、問題的分析

（一）影響收縮量的因素

在鉸削過程中，由于工件材料受擠壓后彈性恢復及熱變化等因素的影響，造成鉸出的孔有收縮現象。在實際生產中影響收縮量的主要因素有：

1.被加工材料：加工黑色金屬材料，如加工鑄鐵、粉末冶金類工件；

2.切削液；切削涂選用不當，導致收縮量加劇，如加工鑄鐵時，使用油溶性切削液（如煤油）冷卻時，收縮量為0.02mm～0.04mm；而使用水溶性切削液（如乳化液）冷卻時收縮量為0.002mm～0.015mm。

3.工件材質的特性：加工中工件材料由于已加工表面的彈性變形和熱變形恢復等原因，也會產生孔徑收縮的現象。

4.刀具：切削時刀具的鈍化；鉸刀的刃磨質量即刀口的純圓半徑R處理不好；用硬質合金鉸刀鉸削較軟的材料等都會導致收縮量加劇。

（二）收縮量的變化分析

1.鉸刀主偏角與收縮量的變化關系

具有相同切削參數的同一把刀具，在加工條件不變的情況下，改變刀具的主偏角就會出現不同的收縮量。現根據主偏角的大小，從鉸刀受力分析可以得出不同的數據（圖1）。

FY——徑向力（切深抗力）；

Fx——軸向力（進給抗力）；

Fz——徑向力與軸向力的合力。

FN——徑向力與軸向力的合力。

由圖1鉸刀加工導管孔的受力分析可知，Fx對導管孔的內孔壁擠壓力影響不大，FY是產生擠壓力的主要原因之一。

當鉸刀的主偏角為75°時：

FY=sin15°×FN=0.2588FN

Fx=cos75°×FN=0.9659FN；

當鉸刀的主偏角為15°時：

FY=sin75°×FN=0.9659FN

FX=cos75°×FN=0.2588FN；

主偏角不同，徑向力FY也明顯不同。二主偏角受力的徑向差為：

0.9659FN-0.2588FN=0.7071FN

由此推算得出，主偏角為15°鉸刀的徑向力是主偏角為75°鉸刀的2.73倍。故15°主偏角鉸刀的收縮量明顯大于75°主偏角的鉸刀。

（三）刀具材質對孔收縮量的影響

經用兩種不同材料的鉸刀加工固定的缸蓋導管孔時，觀察孔的收縮量，用4刃金剛石鉸刀和6刃硬質合金鉸刀進行試切，其切削參數為：主軸轉速：n=3200（金剛石鉸刀）/n=1500（硬質合金）；進給量：F=764（金剛石鉸刀）/F=170（硬質合金），鉸刀主偏角均為75°。金剛石鉸刀不僅壽命高，而且加工的孔徑收縮量變化較小；硬質合金鉸刀的壽命低，收縮量變化較大。在加工條件相同的情況下，不同的刀具材料在使用中有以下不同的特性（表1）。

四、解決問題

綜合分析，2.0L缸蓋導管孔在鉸孔時孔徑收縮問題，可把6刃的硬質合金鉸刀換成4刃的金剛石鉸刀，孔徑的收縮/情況可能有所好轉，但價格將大幅度上升；對于大批量生產同類產品的企業，同一種刀具的需求很大，從而增加了制造成本。能否有兩全其美的方法呢？最后，設定出通過改變刀具的切削參數（應在刀具使用的范圍內），與鉸刀的制造直徑尺寸來進行試驗，以實施一個計劃加工一個零件。根據導管孔的孔徑來選擇最佳方案，接著進行試鉸5個零件的穩定性來檢驗。

首先，檢驗刀柄夾持精度，刀具的徑向圓跳動，切削液等均在規定的要求內，然后實施計劃：

（一）計劃1：提高刀具切削參數進行試驗

（1）主軸轉速成：n=1200r/min，升至n=1350r/min。

（2）鉸刀：主偏角15°改為主偏角75°，試鉸孔徑：其收縮量變化不大，在-0.012mm～-0.005mm范圍內。

（二）計劃2：提高刀具切削參數，增加鉸刀直徑進行試驗

（1）主軸轉速：n=1350r/min，升至n=1600r/min。

（2）鉸刀：主偏角為75°，直徑增大0.005mm，即φ6.005mm～φ6.002mm的6刃硬質合金鉸刀。

試鉸孔徑：其收縮量有明顯的變化，在-0.005mm～-0.001mm范圍內。

（三）計劃3：保持刀具切削參數，增大鉸刀直徑繼續試驗

（1）主軸轉速：n=1600r/min（已為n的最大允許值了），f=0.192mm/r。

（2）鉸刀：直徑增大至φ6.010mm～φ6.007mm。

試鉸孔徑：其收縮量已消除，各孔均符合要求。

因為計劃3非常理想，接下來采用計劃3的試切條件，連續加工5件，5件的結果同樣理想，即各孔徑均在φ6+0.012mm范圍內。最后，問題通過改變刀具的切削參數和鉸刀的制造直徑后，得到圓滿的解決。

結語

在鉸孔過程中，經常會遇到孔徑擴張/收縮問題，如果能夠正確掌握和合理利用這些特性，不但能提高產品質量，而且可提高鉸刀的使用壽命（因為刀具制造直徑放大后，穩定期大大延長），在保證加工尺寸的前提下，既節約了成本又提高了機床的開動率。

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