解决2.0L缸盖导管孔在铰孔时孔径收缩问题

2016-09-28 03:01李越宇
中国新技术新产品 2016年16期
关键词:铰刀缸盖硬质合金

李越宇

(中海油能源发展股份有限公司湛江人力资源服务分公司,广东 湛江 524000)

解决2.0L缸盖导管孔在铰孔时孔径收缩问题

李越宇

(中海油能源发展股份有限公司湛江人力资源服务分公司,广东 湛江 524000)

本文针对2.0L缸盖导管孔在铰削后,出现孔径收缩现象进行分析,并通过试验测定的方法解决该问题,并取得了良好效果。

导管孔;铰孔;收缩

切削加工生产中,各类刀具在切削过程中均存在不同程度的扩张或收缩,特别是在中小孔的精加工中最常用的铰刀。由于铰孔时的加工余量较小,一般为0.05mm~0.20mm;而且铰削是一个非常复杂的切削、挤刮和磨擦的过程,容易发生孔径的扩张和收缩现象。分析其现象,合理地将这种特性利用到铰刀直径尺寸和孔径尺寸精度控制中,可大大节约生产成本。

一、问题的出现

本人在某个汽车发动机组装修配厂实习期间,常碰到这些现象:铰刀在一种材料上加工时,得到的孔径比铰刀直径小;还有工件的加工孔径尺寸从初始尺寸开始慢慢变小,但刀具直径尺寸几乎没有变化。如曾有加工2.0L缸盖导管孔的直径为φ6+0.012mm,其切削参数为:

主轴转速:n=1200r/min;

进给量:f=0.192mm/r;

加工余量:ap=0.15mm;

切削液:浓度为9%~11%的乳化液;

表1 不同刀具的特性

铰刀:主偏角为15°的6刃硬质合金铰刀,刀具直径为φ60-0.003mm;

工件材质:粉末冶金。

在加工第一个缸盖上8个导管孔中发现个孔径有不同程度的收缩,其值在-0.015mm~-0.005mm范围内,其余2个孔径符合要求,解决孔径的收缩问题,急不容缓。

二、问题的分析

(一)影响收缩量的因素

在铰削过程中,由于工件材料受挤压后弹性恢复及热变化等因素的影响,造成铰出的孔有收缩现象。在实际生产中影响收缩量的主要因素有:

1.被加工材料:加工黑色金属材料,如加工铸铁、粉末冶金类工件;

2.切削液;切削涂选用不当,导致收缩量加剧,如加工铸铁时,使用油溶性切削液(如煤油)冷却时,收缩量为0.02mm~0.04mm;而使用水溶性切削液(如乳化液)冷却时收缩量为0.002mm~0.015mm。

3.工件材质的特性:加工中工件材料由于已加工表面的弹性变形和热变形恢复等原因,也会产生孔径收缩的现象。

4.刀具:切削时刀具的钝化;铰刀的刃磨质量即刀口的纯圆半径R处理不好;用硬质合金铰刀铰削较软的材料等都会导致收缩量加剧。

(二)收缩量的变化分析

1.铰刀主偏角与收缩量的变化关系

具有相同切削参数的同一把刀具,在加工条件不变的情况下,改变刀具的主偏角就会出现不同的收缩量。现根据主偏角的大小,从铰刀受力分析可以得出不同的数据(图1)。

FY——径向力(切深抗力);

Fx——轴向力(进给抗力);

Fz——径向力与轴向力的合力。

FN——径向力与轴向力的合力。

由图1铰刀加工导管孔的受力分析可知,Fx对导管孔的内孔壁挤压力影响不大,FY是产生挤压力的主要原因之一。

当铰刀的主偏角为75°时:

FY=sin15°×FN=0.2588FN

Fx=cos75°×FN=0.9659FN;

当铰刀的主偏角为15°时:

FY=sin75°×FN=0.9659FN

FX=cos75°×FN=0.2588FN;

主偏角不同,径向力FY也明显不同。二主偏角受力的径向差为:

0.9659FN-0.2588FN=0.7071FN

由此推算得出,主偏角为15°铰刀的径向力是主偏角为75°铰刀的2.73倍。故15°主偏角铰刀的收缩量明显大于75°主偏角的铰刀。

(三)刀具材质对孔收缩量的影响

经用两种不同材料的铰刀加工固定的缸盖导管孔时,观察孔的收缩量,用4刃金刚石铰刀和6刃硬质合金铰刀进行试切,其切削参数为:主轴转速:n=3200(金刚石铰刀)/n=1500(硬质合金);进给量:F=764(金刚石铰刀)/F=170(硬质合金),铰刀主偏角均为75°。金刚石铰刀不仅寿命高,而且加工的孔径收缩量变化较小;硬质合金铰刀的寿命低,收缩量变化较大。在加工条件相同的情况下,不同的刀具材料在使用中有以下不同的特性(表1)。

四、解决问题

综合分析,2.0L缸盖导管孔在铰孔时孔径收缩问题,可把6刃的硬质合金铰刀换成4刃的金刚石铰刀,孔径的收缩/情况可能有所好转,但价格将大幅度上升;对于大批量生产同类产品的企业,同一种刀具的需求很大,从而增加了制造成本。能否有两全其美的方法呢?最后,设定出通过改变刀具的切削参数(应在刀具使用的范围内),与铰刀的制造直径尺寸来进行试验,以实施一个计划加工一个零件。根据导管孔的孔径来选择最佳方案,接着进行试铰5个零件的稳定性来检验。

首先,检验刀柄夹持精度,刀具的径向圆跳动,切削液等均在规定的要求内,然后实施计划:

(一)计划1:提高刀具切削参数进行试验

(1)主轴转速成:n=1200r/min,升至n=1350r/min。

(2)铰刀:主偏角15°改为主偏角75°,试铰孔径:其收缩量变化不大,在-0.012mm~-0.005mm范围内。

(二)计划2:提高刀具切削参数,增加铰刀直径进行试验

(1)主轴转速:n=1350r/min,升至n=1600r/min。

(2)铰刀:主偏角为75°,直径增大0.005mm,即φ6.005mm~φ6.002mm的6刃硬质合金铰刀。

试铰孔径:其收缩量有明显的变化,在-0.005mm~-0.001mm范围内。

(三)计划3:保持刀具切削参数,增大铰刀直径继续试验

(1)主轴转速:n=1600r/min(已为n的最大允许值了),f=0.192mm/r。

(2)铰刀:直径增大至φ6.010mm~φ6.007mm。

试铰孔径:其收缩量已消除,各孔均符合要求。

因为计划3非常理想,接下来采用计划3的试切条件,连续加工5件,5件的结果同样理想,即各孔径均在φ6+0.012mm范围内。最后,问题通过改变刀具的切削参数和铰刀的制造直径后,得到圆满的解决。

结语

在铰孔过程中,经常会遇到孔径扩张/收缩问题,如果能够正确掌握和合理利用这些特性,不但能提高产品质量,而且可提高铰刀的使用寿命(因为刀具制造直径放大后,稳定期大大延长),在保证加工尺寸的前提下,既节约了成本又提高了机床的开动率。

[1]陆剑中,孙家宁.金属切削原理与刀具(第4版)[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2]于万成.质量控制与检测技术[M].北京:机械工业出版社,2006.

[3]胡劲松.发动机缸盖座圈和导管孔的加工[J].现代零部件,2014(2):43-45.

[4]张建霞.缸盖气门阀座和导管孔加工精度控制[J].金属加工(冷加工),2014(20):56-57.

TK426

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