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）

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.

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［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.

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