發動機長油孔加工技術研究

盛興濤　董璠-　蘇展　母慧艷　金振福

摘 要：發動機機體中機加中的相關深油孔是一項仍在不斷完善的工藝難點。本文從深油孔加工的工藝特點，結合發動機油孔的尺寸要求和工作環境，分析了影響深孔加工的各種因素。針對深油孔加工出現的加工困難問題，從加工順序、工藝參數、設備精度等方面進行分析，為發動機長油孔加工提供重要的參考價值。

關鍵詞：深孔加工；刀具壽命；排屑

中圖分類號：U464 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2017）06-0067-03

Abstract： The engine long oil hole machining is still in a difficult and constantly improve process. In this paper， the factors affecting the machining of long oil hole are analyzed from the technical characteristics of long oil hole machining， the size requirements and the working environment. In view of the processing difficulties in long oil hole machining， the processing sequence， technological parameters and equipment accuracy are analyzed， which provides an important reference value for the machining of the long oil holes in the engine.

Key Words： Long hole machining； tool life； chip removal

引 言

孔的長度L與孔的直徑D比大于5的孔，通常定位為深孔[1]， 深孔加工是機械制造業孔加工中最困難的一種加工方式。供油系統對發動機的使用性能有著關鍵性的影響，而在發動機的供油系統中，油孔是發動機潤滑和供油的主要通道，由于油孔在發動機中往往是兩兩相貫而成[2]，通常屬于深孔加工。這些油孔的加工成為了發動機機加過程中的重難點，制約著機加工序的加工節拍，影響加工工藝路線。本文以東風自主品牌發動機缸蓋油孔加工為研究對象，分析了影響油孔加工的因素，并提出了解決辦法。

1 發動機缸蓋油孔加工的現狀

下圖1為發動機缸蓋部分潤滑油油回路布置見，由圖中可以看出發動機機油從底孔供給到與之相貫的長油孔，再而長油孔分流到與之相同的兩個上油孔中，上油孔中的機油通過凸輪軸油槽流出，對安裝在缸蓋上的凸輪軸提供潤滑。

在發動機缸蓋油孔系中，有4個相通油孔，其中兩個與凸輪軸支座相同油孔加工要求一致，這4個油孔的工藝要求如下表1：

2 影響發動機油孔加工的關鍵點

深油孔由于長徑較大且處于封閉的加工狀態，使得切屑處理、熱量散放、加工工藝及設備保障都成為保證加工質量的關鍵。如何合理的解決這些問題，是影響加工質量關鍵因素，影響發動機油孔加工的關鍵點有：

1、排屑困難；發動機油孔的加工孔深往往較大，即切屑路程較長，在實際加工過程中由于加工空間封閉，斷屑排屑困難，如果加工孔為盲孔，在加工中容易與孔壁摩擦，導致產生螺旋狀的溝痕。同時切屑不及時排出容易堵塞孔壁，刀具也會出現磨損嚴重，崩刀等情況。

2、散熱困難；普通鉆孔加工時切屑可帶走80%的切屑熱量，而在深孔加工中，切屑很難將大部分切削熱帶走，導致刀具過熱。即使在有充分的冷卻的條件下，刀尖的切削溫度仍然可達400℃，導致刀具硬度下降，刀具磨損加劇，刀具壽命受到影響[3-5]。

3、刀具振動大；深孔加工不易保證較高的直線度公差要求。深孔的切削刀具較長，剛性不足，加工時易產生偏擺，孔的直線度和位置度不易保證。

3 加工工藝方案

根據油孔結構考慮加工成本等因素制定如下的加工工藝方案：

1、加工順序；缸蓋的主油道孔分別與其他三個油孔貫通，且孔徑和孔深均為最大。按照“先小后大”的原則，加工順序為先加工兩個?5.5孔，然后加工?7.0孔，最后加工?8.0孔。

2、當鉆孔表面或鉆穿孔表面出現傾斜角度時，鉆孔需注意加工方案和參數的選擇。當傾斜角度小于5?時，進給應該減少三分之一；當傾斜角度在5?-10?時，一般需要銑削小平面或者增加預鉆；當傾斜角度大于10?，一般不建議在表面進行鉆孔[6]。因?5.5孔的鉆孔面為鑄造毛坯面，拔模斜度為4 ?，對此采取直接降低加工參數，直接鉆削加工；?7.0孔和?8.0孔的鉆孔面為完整銑削后的平面，正常切屑即可。

3、增加預鉆；對于深孔鉆，一般需要增加預鉆加工，預鉆的深度通常為2倍直徑。四個油孔均需進行預鉆。考慮到深孔的排屑困難，將?8.0孔分段進給并增加兩次退刀排屑。

4、鉆頭的選擇；深孔加工刀具是深孔加工的核心部件，深孔刀具的切屑刃導向條需要在足夠的潤滑下工作。?8.0孔中長徑比大于30，為保證加工質量并綜合加工工況，采用外排屑的深孔鉆，俗稱“槍鉆”，該鉆頭具有單切屑刃、自動排屑、冷卻潤滑以及自導向功能等特點。而?5.5孔和?7.0孔采用一般麻花鉆頭即可。

5、加工參數的選擇；切削速度過小，刀具前刀面會產生擠壓而來切屑，易產生崩刃現象。當轉速降低，相對進給量不變時，刀具的切削性能減弱。當高轉速低進給時，產生切屑細小易形成堵塞，影響切削加工性能和孔表面質量[7]。待切削的材料為ZL101A。一般采用主軸轉速為3000 --5000 r/min，進給速度為0.15—0.25mm/r。endprint

4 存在問題和改善措施

按照以上制定的工藝流程進行深油孔的加工，在實際生產過程中，我們發現在?8.0孔的加工過程中會出現頻頻斷刀、加工表面粗糙等問題。通過剖切工件等方法，綜合相關邊界條件，從如下措施來改善加工情況：

1、改變加工順序；解析斷刀工件，可發現刀具一般折斷在與其他油孔相貫處?？紤]到直徑較大的油孔孔深相對太突出，可優先加工該孔。加工順序為?8.0孔-----?7.0孔-----?5.5孔。

2、增加設備穩定性；設備為四軸高速臥式加工中心，內冷水壓為2.8mpa，為增強排屑效果，將內冷壓力提高到3.5mpa；提高夾具的夾緊力，夾具夾緊力過大，會使工件產生變形；夾具夾緊力過小，加工時工件會產生振刀。通常夾具夾緊力設置在3.0 K.N—4.5 K.N，為改善加工效果，將夾具力由3.0 K.N提高至3.5K.N。

3、加工參數的改進；原“槍鉆”加工時，主軸轉速為3000r/min，每轉進給0.15mm/r；加工過程中加工至100mm、200mm處分別進行一次退刀，以便排屑。而加工斷刀件顯示刀具總在加工至深度175mm處斷刀。調整相貫孔加工順序后，該油孔為盲孔加工，為保證加工節拍，提高加工效率，可將深度改成加工至150mm處進行，將兩次縮短到一次。同時為保證尺寸精度，將主軸轉速調整為3200 r/min，每轉進給調整為0.1mm/r；在加工結束時，為充分排屑和冷卻將降低加工參數減半。

依據調整前后的工藝方案，進行一百件的工件切削并按照1/10的檢測頻次檢測。檢測長油孔的位置度（公差要求為?0.4）如下圖2所示。從圖中可以看出，通過改善長油孔的位置度得到明顯改善。根據現場跟蹤，改變相貫孔的加工順序后也顯著提高了刀具的加工壽命，斷刀情況有明顯好轉。

5 結論

本文通過對發動機長油孔加工方法進行研究，得出主要結論如下：

1、深孔加工需應根據實際情況選擇加工順序，可考慮優先加工長徑比大、孔深偏深、孔徑偏大的油孔，選取合適的加工方案并進行工藝驗證和調整，能有效的提高加工效率和加工質量。

2、在油孔加工過程中，設備需保證良好的精度，主軸徑向跳動要小于3um。合理設定夾緊力、內冷壓力等參數也是保證長油孔加工的重要因素。

3、長油孔加工必須根據采用的加工方法選擇合適的加工系統和工藝參數，根據工件材料合理選取鉆頭型號和鉆頭材料，設定合理的進給量和主軸轉速都對提高加工效率和加工質量有積極意義。

參考文獻：

[1]王世清. 深孔加工技術[M]. 西安：西北工業大學出版社， 2003.

[2]楊連生.內燃機設計[M]. 北京：機械工業出版社. 1997.

[3]王峻.現代深孔加工技術[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社， 2003.

[4]李晨元. 鉆削工具及切屑排除問題分析[J]. 農業科技與裝備， 2008， （2）：38-40.

[5]張念淮. 難加工金屬材料的切削加工技術[J]. 農業裝備與車輛工程， 2008（7）：46-48.

[6]趙志霞. 深孔加工工藝分析[J]. 石化技術. 2004， 11（3）：42.

[7]劉黨生. 金屬切屑原理與刀具[M]. 北京：北京理工大學出版社.2009.endprint