干式加工技術在卡特缸體曲軸孔加工中應用

■ 宜賓普什聯動科技有限公司 （四川 644000） 高 超 張 強 李建松 鄧 寧

卡特彼勒M20G缸體是CAT公司為占領中國市場份額，為中國國產化船用發電機組缸體量身設計的產品，完全契合普什聯動公司的核心主營業務——動力零部件。通過與CAT公司的多次溝通和交流，對方同意將本項產品由設計、毛坯制造、粗加工、精加工和裝配等一體化“交鑰匙”工程實施交由普什聯動公司完成。本次項目的合作，也是CAT公司首次將機體一體化交由一個供應商完成。

該缸體屬于中型發電機缸體，材質為QT450-10，產品幾何公差要求高，特別是曲軸孔，表面粗糙度值Ra=0.8μm，直線度為φ0.03mm/660mm，全長φ0.06mm，如圖1所示。要想達到圖樣的直線度和表面粗糙度要求，工廠現有設備的精度及刀具加工效果，無法滿足精度要求，只能自行設計非標刀具，選擇適合我們公司的加工方法。

圖1

1. 工藝方案

干式加工是指在加工過程中不使用切削液的加工方法，隨著切削廢液處理成本的增加和環保壓力的加劇，越來越多的企業開始研究并應用干式加工技術。干式加工技術從原理上講并不是一項新的技術，已經在生產中有較長的應用時間，具有以下特點：

（1）經濟性。目前我公司使用的切削液品牌為蜀光，價格7 500元/180kg，費用占加工成本的15%左右，刀具消耗的費用占加工成本的5%左右，切削液消耗費用是刀具消耗費用的3倍。同時，干式加工省去了切削液的管理和處理費用，降低了生產成本。

（2）環保方面。加工過程中的切削液會飄散在空氣中，造成工作場地局部環境污染，有害人體健康。干式加工的應用，可減少切削液的使用，降低環境污染。

（3）可行性。由于刀具材料的改進和涂層技術的應用，使得干式加工在機械制造領域變為可能。特別是新性能硬質合金、陶瓷、金剛石等刀具，有足夠的耐高溫磨損性能，能夠在干式加工條件下使用。

M20G缸體型腔結構復雜，特別是曲軸孔半圓內的潤滑油道與各主油道、支油道相連接，清洗難度極大，由于切削液含有防腐劑，混合切屑粘到工件上很難去除，影響產品表面油漆質量。為最大限度保證產品質量，在曲軸孔加工過程中選擇使用干式加工技術。在實際加工中就是將壓縮空氣和少量潤滑油霧混合氣化后噴射到加工區，對加工部分進行潤滑，其效果十分明顯。既滿足了加工的要求，又減少了與切削液有關的費用。

2. 刀具的設計與制作

干式加工就是要在沒有切削液的條件下，創造具有與濕切削相同或相近的的切削條件。因此，對刀具提出了更高的要求，干式加工刀具除要有普通刀具的基本性能外，還應具有以下特殊性：

（1）刀具應具有更高的強度和耐沖擊韌性、優異的耐高溫性能。切屑和刀具之間的摩擦系數要盡可能小，加工時，在切削區域產生的高溫會造成化學不穩定性，極易產生積屑瘤，加劇刀具磨損。

（2）目前適用于干式加工的刀具材料有硬質合金、陶瓷、金屬陶瓷和金剛石等。刀具材料可通過涂層處理，來減小切削和刀具之間的摩擦系數，涂層的作用就像一層熱屏障，因為它有比刀具機體和工件材料低得多的熱傳導系數，可阻止將熱量傳遞到刀具基體，保證刀具切削刃鋒利，降低產品表面粗糙度值。

（3）為保證φ0.03mm/660mm，全長φ0.06mm的直線度，要求在精加工過程中不允許更換刀片，必須一次加工完成缸體7檔φ190mm曲軸孔。

綜上所述，根據刀具材料和涂層，刀具壽命等性能要求，結合曲軸孔粗糙度和直線度要求，我們選擇了高邁特M31.01042的鏜刀夾和W30.26120.0430的陶瓷刀片，根據車間機床附件頭的結構，設計制造了曲軸孔非標鏜刀，刀具結構如圖2所示。

3. 加工過程控制

粗加工時，缸體和軸承蓋曲軸孔半圓分別加工至φ185mm，然后進行軸承蓋裝配，裝配完成后，缸體曲軸孔直徑為185mm，即留有5mm加工余量。半精加工時，我們選擇了車間的OKUMA龍門機床，利用超薄臥頭，從自由端到飛輪端進行半精鏜至φ189.5mm，然后換上自制非標鏜刀，進行精加工，如圖3所示。

精加工時，轉速300～350 r/min，進給量20～25mm/r，吃刀量0.01～0.15mm，將曲軸孔精鏜至φ189.8mm時，用瑞典Easylaser激光對同軸度儀在線檢測曲軸孔同軸度，若滿足直線度要求，則說明機床和刀具性能良好，不用進行坐標補償，若不滿足要求，則根據同軸度儀顯示差值，進行差值計算，并進行坐標補償。完成直線度在線檢測后，根據剩余加工余量，調整刀具直徑至圖樣孔徑要求，一次加工到位，中途不允許更換刀片和暫停加工，否則將影響產品直線度和粗糙度。加工完成后進行三坐標全尺寸檢測，如圖4所示。

圖2

圖4

4. 結語

通過對卡特M20G缸體的分析和研究，我們選擇了干式加工技術作為曲軸孔加工的工藝方法，通過對干式加工技術的研究，自制了非標刀具，找到了合理的加工參數，摸索出了一條新的柴油機缸體曲軸孔加工方法，為同類零件的加工提供了有效的工藝借鑒手段，在實際生產過程中有較大的指導意義。同時，與以往的加工方法相比，干式加工技術更加節約資源、更加環保，可以有效解決切削液回收和處理的問題，是企業研究的重點方向之一。

參考文獻：

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