劉剛 王銳
摘 要:本文對氣缸套生產(chǎn)中,密封槽加工存在的振動、尺寸難以控制、表面狀況不佳等問題進行分析,通過對加工系統(tǒng)的刀具規(guī)格和材質、切削參數(shù)進行調整,并采用變速切削的方式,消除振動,最終解決了槽加工過程中存在的問題。
關鍵詞:密封槽;振動;振紋;變速切削;刀具
1 引言
氣缸套為柴油機動力組件的重要零件之一,其質量的好壞直接影響到柴油機的油耗、壽命、排放等指標。本文以我公司與美國GE公司合作生產(chǎn)的氣缸套為例,對該產(chǎn)品上密封槽加工過程中存在的難點進行分析并予以解決。
該氣缸套在數(shù)控立車上完成外圓的精車,包括其中的密封槽的加工,如圖1所示。
根據(jù)經(jīng)驗,該槽最理想的加工方法是采用成形刀片,直接進刀而得到,利用280氣缸套的割槽刀做切削驗證,參數(shù)如下:轉速80轉/分鐘,進給0.15毫米/轉,但我們在實際加工時,出現(xiàn)較明顯的振動和噪聲,刀片磨損嚴重,尺寸難以控制,不能滿足圖紙的技術要求,且加工表面存在振痕,振痕的存在會導致氣缸套與其配合件組裝之間漏水,滲入燃油中,導致柴油機故障發(fā)生。
2 問題的分析與解決
加工后的實物狀況如下圖2所示,根據(jù)加工過程中振動情況和加工后的表面狀況,分析其原因可能存在于以下幾個方面:設備剛性、工件材質與成型方法、刀片的選用、加工參數(shù)、切削振動等幾個方面。
2.1 設備剛性
首先考慮到的是設備的剛性不足,為減小切削力,降低機床載荷,將成形刀片更換為5mm寬的割槽刀,并對加工參數(shù)作適當調整,但振動仍然存在,加工表面狀況同樣較差,沒有明顯改善。為了進一步求證是否是設備剛性問題,刀具更換為3mm的割槽刀片再次試切,加工狀況明顯好轉,刀具切入時,沒有刺耳的噪聲,切削比較平穩(wěn),經(jīng)調整切削參數(shù),加工后表面的振痕明顯減輕,但刀片的磨損還是較為嚴重。
通過該試驗證明,設備剛性存在一定程度的不足,通過刀具調整彌補后,仍然存在加工表面狀況不理想和刀具磨損問題。
2.2 工件材質與成型方法
接下來,開始對工件材質與成型方法與我們公司現(xiàn)有產(chǎn)品進行比較。公司原有產(chǎn)品為材料為合金硼鑄鐵,通過普通方法澆鑄成型,硬度范圍在HB210~250之間,而合作生產(chǎn)的氣缸套為合金鑄鐵,為增加其耐磨性,添加了耐磨成分,而且該該氣缸套通過離心澆鑄成型,經(jīng)對其硬度檢測,基本都在HB300以上,另外,通過離心澆鑄得到的產(chǎn)品,其材料的致密程度較普通澆鑄高出很多,這些在一定程度上,降低了該氣缸套的可加工性,特別是加工余量相對來說較大的密封槽。對于材料成分和成型方法,我們沒法改變,所以只能從刀具材料的匹配上進行考慮。
2.3 刀片材質選配
在最初階段,考慮工件為鑄鐵件,選用的為肯納的材質KC5010的刀片,該材質的刀片適合與鑄鐵件的加工。在開始試制時,在明顯切削振動和輕微切削振動時,刀片的刃口磨損都很快。根據(jù)我們選用數(shù)種材質的刀片反復切削試驗,最終選定材質為KC9513的割槽刀片。經(jīng)多次切削驗證,該刀片的耐磨性明顯高于原先采用的刀片,且加工后產(chǎn)品的尺寸比較穩(wěn)定,因加工過程中仍然存在輕微振動,表面質量還是存在振痕。
2.4 變速切削
針對加工過程中的振動,我們對設備擴充了變速切削功能。當加工系統(tǒng)的參數(shù),包括工件材料、刀片材質、轉速、進給、切深,甚至裝夾等確定后,整個加工系統(tǒng)會存在一個振動,這個是固有的,不能避免的,只是大部分情況下,該振動對加工工件的影響很小,可以忽略不計。我們在實際加工過程中,不斷對切削參數(shù)進行調整,仍然存在振動,證明切削參數(shù)對振動的改善作用很小。在此情況下,考慮了變速切削。
變速切削的功能就是在加工過程中主軸轉速在某個范圍內不斷變更,以打破整個加工系統(tǒng)固有的振動,當轉速調整至某個范圍內時,系統(tǒng)的振動會明顯減弱,從而提高工件加工的表面質量。
經(jīng)過多次的試驗,最終我們將變速切削過程中的轉速變動范圍確定在80~85轉/分鐘。在這種情況下,加工過程中的振動明顯減弱,切削過程平穩(wěn),密封槽加工后尺寸、表面質量都符合圖紙要求,如圖3所示。
3 總結
綜上,在設備剛性不足的條件下,通過對加工系統(tǒng)的刀具規(guī)格和材質、切削參數(shù)進行調整,并采用變速切削的方式,消除振動,最終完成了該氣缸套上密封槽的加工,尺寸和表面狀況都能達到圖紙的設計要求。