提高發動機缸孔粗鏜加工效率

華晨1.8T缸體生產線為全柔性生產線，除珩磨機以外所有加工設備均為加工中心。發動機缸體為全鋁材質，鑄鐵缸套預鑄在毛坯內，缸孔粗鏜與部分孔系加工集中在同一工序內。由於鋁合金是一種易加工材料，很容易實現高效率加工，而鑄鐵為加工性一般的普通材料，兩種材料的可加工性相差很大。因此，缸孔粗鏜加工成為缸體生產線的加工瓶頸，制約了缸體生產線產能的發揮。

針對缸孔粗鏜加工的具體情況我們進行了深入分析，以期獲得更好的加工方案，提高缸孔的粗加工效率。

缸孔粗鏜的實際加工情況為：加工使用三刃鏜刀，75°主偏角，0°的前角，刀片選用CBN材質。具體的切削參數：切削速度＝400m/min，每齒進給＝0.18mm，切削深度＝2.5mm；加工耗時42.5s。

我們設計了幾種不同的加工方案進行試切，經過對試切結果的分析，認為制約缸孔加工效率的原因主要有以下兩點：

1. 切削振動

缸孔粗鏜時產生的切削振動隨切削速度的提高而增大，限制了切削速度的提高。而且切削振動造成刀片易損壞，換刀頻繁，致使設備開動率降低。

2. 主軸負載偏高

華晨1.8T系列發動機為全鋁發動機，機械加工以鋁加工為主，為節能降耗且避免設備能力浪費，生產線未選用大功率的加工中心。因此，在加工鑄鐵缸孔時機床在滿負荷狀態下工作。由於機床功率的限制，不能通過增大進給量或增加切削刀片的數量來提高材料去除率。

進行有效改進

為減小切削力、消除切削振動及提高加工效率，我們與某刀具廠商合作，設計了新型的缸孔粗加工鏜刀（見圖5）。與傳統鏜刀相比，新型鏜刀具有以下幾方面優點：

1．切削角度

（1）正前角切削

通常認為加工鑄鐵等脆性材料的刀具應採用負前角以增加刀具強度，防止刀具崩刃破損。但在刀具的各項幾何參數中，前角對切削力影響最大。在其他條件不變的情況下，刀具的前角越大，切削力越小。

當前隨著機床穩定性的提高及各種新型刀具材料的出現，採用大前角刀具加工脆性材料已經成為可能，因此新鏜刀採用了正10°前角。與0°前角或負前角的傳統鏜刀相比，正前角的鏜刀產生的切削力更小，在不降低切削參數的前提下可有效降低切削力，不但使切削更輕快，而且可有效減少切削振動的發生。

（2）90°主偏角

徑向切削分力是引起切削振動的主要原因，徑向分力越大越容易引起振動。新鏜刀採用90°主偏角，主切削刃上不產生徑向切削分力。與採用小角度主偏角的刀具相比，極大地減小了徑向切削分力，從而使切削過程更加穩定。

2. 刀片裝夾方式

採用普通裝夾方式的CBN、金屬陶瓷等超硬刀片，無法在刀片上做出正前角，而在刀具上做出正前角會增加刀片的安裝和調整難度。

與普通裝夾刀片相比，立裝刀片可以很容易製作出大前角的刀片，且刀片可承受更大的切削力，使刀具的可靠性有所提高。立裝刀片的前刀面不與刀具的其他部位或部件接觸，容屑槽的設計受限較少、優化更加容易。相對於普通裝夾方式的刀片，大多數情況下立裝刀片的斷屑效果更好，容屑空間更合理，排屑更加順暢，更容易獲得穩定的加工過程。因此，新鏜刀刀片採用立裝方式裝夾。

3. 刀片材質及結構

陶瓷刀具是現代金屬切削加工中的一種新型材料刀具，其特點為高硬度、高強度、高紅硬性、高耐磨性及優良的化學穩定性和低摩擦係數。近幾年隨著各種添加物的使用及細化顆粒等技術的應用使陶瓷刀片的斷裂韌度和抗衝擊性能有了很大提高，目前已出現可用於衝擊負荷下進行粗加工的陶瓷種類。而鏜削加工為連續切削，切削過程中不產生衝擊，因而在粗鏜加工亦可採用陶瓷刀片。與CBN刀具相比，陶瓷刀具的摩擦係數更低，在相同條件下產生的切削力更小。因此，新鏜刀放棄CBN刀片，選用更有利於穩定切削的陶瓷刀片。

為使陶瓷刀片具有足夠的強度，經過多次對比試驗，確定刀片採用刀尖角80°的W型刀片，刀尖半徑0.8mm，同時刀具刃口及刀尖進行鈍化處理。經過鈍化處理的刀片消除了刃口微觀缺陷，不但有效延長刀具壽命，而且使刀具刃口的強度得到增強，提高了切削過程的穩定性。

結論

針對新鏜刀的特點，我們採用不同的加工參數進行了對比實驗，最終確定加工參數為：切削速度＝500m/min，每齒進給＝0.12mm；切削深度為不可控量，未調整。由於新鏜刀增加了切削刃的數量以及切削速度的提高，加工耗時降為30.5s，加工效率提高39％。由於新刀具在多方面採取的防振措施提高了加工過程的穩定性，基本上杜絕了刀片的異常破損，從而減少了換刀次數，提高了設備開動率。綜合上述兩種因素，缸孔粗鏜所在的OP20工序生產效率提高6％左右。

從新鏜刀的使用效果來看，充分利用新型刀具材料的良好性能，運用新的切削理論對刀具進行合理的優化不僅能夠降低生產成本，而且能夠實現低功耗的高效加工。