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汽车发动机生产中的深孔加工

时间: 2011-06-28 12:08 来源: 作者: 刘伟    点击:
深孔加工一般是指孔的长径比大于10倍的孔加工。在汽车行业的发动机生产中经常会遇到深孔加工,如缸体、缸盖中的主油孔,曲轴和连杆油孔的深孔加工。这些深孔加工正是生产中的难点和瓶颈工序。

深孔加工常常具备以下特点:

•刚性差、强度低,切削时易产生振动;
•切屑排除困难,容易发生切屑堵塞;
•在深孔的加工过程中难以监控;
•孔的直线度和表面质量难以控制;
•经常发生断刀而报废工件。

常见的深孔加工方法

喷吸钻

喷吸钻是一种高效、高精度的孔加工方法,广泛应用于直径20~180mm的孔加工。


左:喷吸钻设备;右:SANDVIK的T-MAX系列

喷吸钻由钻头、内杆、外杆、减振座、连接器等组成。钻头靠螺纹连接在外杆上。加工时高压由连接器侧面进入,一部分沿内外钻杆间隙喷入工作区,流经钻头各切削面后顺钻头端面孔返回内杆;另一部分沿内杆导流槽喷入排屑管,利用这个喷射效应在内杆后端建立一个半真空区,由此产生负压喷吸效应,将钻头区的切削液连同切屑沿内杆吸出,经排屑口排出。喷吸钻需要专用的切削液供给系统,高压切削液在工作循环中起到了润滑、冷却和强制排屑的作用。

喷吸钻钻头通常采用可转位硬质合金刀片,在钻头直径部分带有硬质合金导向与支撑垫块,用以平衡由不对称的切削刃产生的径向力,并对孔壁起导向与修光作用,提高了孔的表面质量。

喷吸钻可以实现高速切削,切削速度可达80-150m/min,因此可获得高的切削效率:孔加工精度可达IT7-9级,粗糙度一般可达Ra1.6。由于充分的冷却润滑可减慢钻头的磨损,因此加工大批量孔时也可保持精度的稳定性。

由于喷吸钻的结构复杂,制造精度高,使用成本相对较高。但如果深孔直径较大,精度要求高,加工数量巨大时,采用喷吸钻技术无疑是最具性价比的选择。

枪钻

枪钻由于用来加工“枪管”而得名。一般适用于加工直径为Φ2~Φ20mm的小径深孔加工。枪钻所加工孔具有直线性高、孔口毛刺小的优点。被加工工件的表面粗糙度可达Ra0.4~0.8,孔径精度为IT6-8级。枪钻由枪头、钻杆和钻柄三部分组成。随着硬质合金生产技术的进步,目前也可以在巿场上看到整体硬质合金枪钻。

枪头是枪钻最重要的部分,通常由硬质合金制成。为保证被加工孔的精度,在枪头圆周部分设计有导向刃带,在导向孔的引导下,一次进刀就可以加工出高精度的孔。不同的刃带组合适合钢、铸铁或铝合金等材料的加工。

枪钻往往做成单刃单槽的形式,在使用中必然影响切削效率,即使提高切削速度,进给速度也很难有大的突破。为解决这一矛盾,目前双刃双槽结构的枪钻也有了较大发展。


卧式加工中心上的枪钻

枪钻通常用于专用设备。近些年由于加工中心的冷却系统的进步,可提供高达80bar的内冷压力,使得枪钻在加工中心上的应用也越来越普遍。

整体硬质合金麻花深孔钻


发动机缸体主油孔加工

为了进一步提高深孔加工效率,各个生产商积极开发新型整体硬质合金麻花深孔钻。整体硬质合金麻花深孔钻与枪钻相比具有刚性好、排屑优异、切削效率高等优点,在汽车行业的缸体、缸盖和曲轴加工中大有取而代之之势。

整体硬质合金麻花深孔钻在设计与制造过程中一般须注意:

•整体硬质合金棒料的选择,需要高韧性细晶粒牌号;
•内冷螺旋角选择,内冷15°,30°,40°均可,但需要根据不同的加工条件进行优选;
•刃带的重新设计,需考虑双刃带的几何参数及分布,以适应存在交叉空的工况;
•槽形的优化设计,在保证强度的前提下,应保证充足的容屑空间;
•刃形的优化,需与槽形配合有利于形成较小的、易于控制的切屑,保证在钻削工程中的状态稳定。


阿诺刀具适合不同加工条件的汽车深孔钻系列

其共同特点是:

•定心能力强,孔的直线度高;
•优化的槽形,根据被加工材料不同进行差异化设计,排屑能力强。例如球墨铸铁的切屑的摩擦系数是合金钢1.8倍,是灰铸铁的2倍,必须进行差异化设计;
•切削刃经过精磨,预防早期崩口,延长了刀具寿命;
•高性能的超H涂层,可承受高的切削速度和进给量,实现高效加工。

加工实例

工件名称:曲轴
工件材质:球墨铸铁750
类型:德国某品牌曲轴专机
主轴类型:HSK50
冷却形式:油雾微量润滑
钻头类型:PF-G841-Q
钻头规格:D4.5x109x150xSD6
切削参数:S5000 F500
加工说明:孔深70mm,4孔/件


整体硬质合金麻花深孔钻在曲轴加工中的应用

使用情况:加工寿命480件,累计加工134m。从ARTIS监控来看负载平稳,切削过程平稳。


ARTIS监控状态

总之,客户应针对深孔加工的特点,并结合自身的实际加工条件,有针对性地对选择深孔钻头类型并与刀具生产商合作对钻头参数及切削参数进行优化,完全可以控制深孔加工过程,保证生产的顺利进行,获得良好的效益。

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