屈猛 熊慶遲

關(guān)鍵詞：座圈 加工 刀痕 崩刀 座圈材質(zhì)成分

1 座圈工藝

缸蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，其座圈在缸蓋做功中起著重要作用，座圈與氣門(mén)配合直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率、油耗及性能[1-3]。目前座圈主要是由粉末金屬材料燒結(jié)壓制而成，具有高硬度、耐高溫、耐磨損的特性，以保證其在高溫環(huán)境下能穩(wěn)定工作。座圈自有特性導(dǎo)致其在加工時(shí)容易出現(xiàn)刀具崩刃和刀具耐用度低等問(wèn)題，為此，本文針對(duì)刀具加工座圈常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了分析和改進(jìn)。

2 問(wèn)題現(xiàn)狀

某主機(jī)廠(chǎng)加工缸蓋采用刀片裝配可調(diào)式刀具精鉸進(jìn)、排氣座圈，目前主流的座圈加工工藝分為粗加工和精加工，粗加工刀具（如圖1 所示）加工座圈大部分余量及導(dǎo)管底孔的導(dǎo)向孔，保證設(shè)備節(jié)拍。精加工刀具為長(zhǎng)柄刀桿，先加工導(dǎo)管底孔，再加工座圈55° ＼60°及45°密封面（如圖2 所示），45°密封面由于材料本身硬度問(wèn)題，頻繁出現(xiàn)刀片崩刀導(dǎo)致座圈密封面出現(xiàn)刀痕和臺(tái)階質(zhì)量問(wèn)題（如圖3 所示）。

團(tuán)隊(duì)統(tǒng)計(jì)了1 月-10 月段座圈刀片崩刀次數(shù)及每月座圈返修數(shù)量，崩刀刀具加工壽命平均為80 件，每次崩刀會(huì)產(chǎn)生返修零件，每次崩刀后都需要追溯隔離并進(jìn)行返修，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和成本控制。

如果對(duì)座圈的加工質(zhì)量不加以控制，那么有刀痕的座圈就會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比不足，影響排放或者功率降低，發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)等潛在失效風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)客戶(hù)的滿(mǎn)意度有很大的影響。嚴(yán)重情況下，可能導(dǎo)致售后拉回，更會(huì)影響企業(yè)的品牌價(jià)值。因座圈加工質(zhì)量難控制，各座圈供應(yīng)商目前都缺乏有效的解決措施，所以座圈加工也成為了各主機(jī)廠(chǎng)的瓶頸工位。

3 原因分析

為解決座圈刀痕質(zhì)量問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)通過(guò)收集大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：

3.1 人員因素

崩刀大多發(fā)生在過(guò)程，并非出現(xiàn)在換刀首件，說(shuō)明刀片在裝上機(jī)床時(shí)狀態(tài)可以，與人員操作無(wú)直接關(guān)系。

3.2 設(shè)備因素

統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)線(xiàn)4 臺(tái)機(jī)床發(fā)生次數(shù)，并檢查機(jī)床加緊壓力、主軸跳動(dòng)、拉刀力，結(jié)果顯示4 臺(tái)機(jī)床崩刀發(fā)生頻次吳明顯差異，檢查機(jī)床相關(guān)參數(shù)合格，與設(shè)備無(wú)直接關(guān)系。

在刀具選擇上，目前公司多家工廠(chǎng)均采用同樣的刀片，檢查刀具調(diào)刀標(biāo)準(zhǔn)文件及調(diào)刀尺寸無(wú)異常，通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)崩刀問(wèn)題發(fā)生在刀片各個(gè)壽命區(qū)間，且修磨刀片與新刀片發(fā)生概率相當(dāng)，與刀片無(wú)直接關(guān)系。

3.3 座圈因素

通過(guò)檢測(cè)座圈硬度、金相及成分均符合圖紙要求，與座圈無(wú)直接關(guān)系。

3.4 工藝因素

主機(jī)廠(chǎng)多家基地車(chē)間均采用相同的工藝以及刀具進(jìn)行加工，試用不同加工參數(shù)，對(duì)崩刀問(wèn)題無(wú)改善;統(tǒng)計(jì)4 臺(tái)機(jī)床切削液溫度及壓力正常，機(jī)床監(jiān)控?zé)o報(bào)警。切削濃度未出現(xiàn)超差，提高切削液濃度驗(yàn)證無(wú)明顯的改善。

基本排除人員、設(shè)備刀具、物料原因?qū)е卤赖?，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過(guò)刀片、座圈材料的優(yōu)化解決刀具崩刀問(wèn)題。

4 措施驗(yàn)證

團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過(guò)不同的刀片供應(yīng)商驗(yàn)證對(duì)座圈切削是否有所改善，使用供應(yīng)商W、供應(yīng)商Z、供應(yīng)商T 以及供應(yīng)商M 四個(gè)供應(yīng)商進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如下（如表1 所示），其他供應(yīng)商刀片無(wú)法有效改善座圈崩刀情況。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)切削液及加工參數(shù)優(yōu)化，改善崩刀情況，分別做了多組驗(yàn)證：a、刀片、座圈供應(yīng)商、加工參數(shù)不變情況下，提升切削液濃度，驗(yàn)證崩刀改善，無(wú)改善;b、刀片、座圈供應(yīng)商、切削液濃度不變情況下，優(yōu)化刀具參數(shù)提高進(jìn)給量、降低進(jìn)給量，驗(yàn)證崩刀改善，無(wú)改善，通過(guò)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)切削液濃度及刀具加工參數(shù)，無(wú)法改善座圈崩刀情況。

團(tuán)隊(duì)統(tǒng)計(jì)分析崩刀座圈的相關(guān)工藝要求，發(fā)現(xiàn)崩刀座圈尺寸均符合工藝要求（如表2所示），比崩刀座圈與正常零件座圈金相（如圖4 所示），并無(wú)差異，而且分析檢測(cè)座圈化學(xué)成分，排氣座圈成分、進(jìn)氣座圈均在合格范圍內(nèi)。

通過(guò)研究座圈材質(zhì)成分作用，決定驗(yàn)證在圖紙要求范圍內(nèi)增加機(jī)加工助劑以提高切削性能，添加原則為機(jī)加工助劑不能影響材料的尺寸及力學(xué)性能，團(tuán)隊(duì)決定在座圈材料圖紙標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，微調(diào)化學(xué)成分，增加硫化物：硫化錳（MnS），硫化鐵（FeS），二硫化鉬（MoS2），改善座圈的機(jī)加工切削性能。

為確認(rèn)座圈增加硫化物后，相關(guān)的尺寸、力學(xué)性能不受影響，團(tuán)隊(duì)對(duì)新添加了硫化物的座圈進(jìn)行密度、硬度、金相組織、化學(xué)成分測(cè)試，結(jié)果均在合格范圍。進(jìn)行座圈耐磨性測(cè)試，結(jié)果如下（如表3、圖5 所示）

測(cè)試說(shuō)明：藍(lán)色為試驗(yàn)前密封帶數(shù)據(jù)，紅色為試驗(yàn)后密封帶數(shù)據(jù)，推定磨損量計(jì)算公式為：X=（L2-L1）/（1/tgα+1/tgβ），單位mm;其中X 表示磨損量，L1表示試驗(yàn)前密封帶寬度，L2 表示試驗(yàn)后密封帶寬度，α 表示內(nèi)圓與密封面角度，β 表示端面與密封面角度。

5 成果展示

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證3 輪進(jìn)排氣座圈增加硫化物驗(yàn)證，加工未出現(xiàn)座圈崩刀問(wèn)題，且座圈相關(guān)尺寸，泄漏及刀具磨損情況均未出現(xiàn)異常，刀具能到達(dá)壽命下刀。團(tuán)隊(duì)收集加工座圈泄露數(shù)據(jù)（如圖6 所示）數(shù)據(jù)穩(wěn)定，且明顯優(yōu)于正常未添加硫化物座圈加工的泄露尺寸。

驗(yàn)證結(jié)論：增加硫化物后，有助機(jī)加工切削性能。

6 改善座圈加工的其他經(jīng)驗(yàn)分享

由于座圈材料的特殊性，加工控制難度較大，在保持刀具及機(jī)床穩(wěn)定性的同時(shí)，座圈本身質(zhì)量控制也相當(dāng)重要，以下是根據(jù)制造經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的座圈制造工藝中的控制要點(diǎn)及失效模式（如表4 所示），后續(xù)團(tuán)隊(duì)問(wèn)題解決中提供幫助。

7 結(jié)束語(yǔ)改善座圈加工的其他經(jīng)驗(yàn)分享

通過(guò)對(duì)座圈成分的優(yōu)化分析，并基于刀具加工進(jìn)行了改進(jìn)。通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，這種改善有效解決座圈加工崩刀產(chǎn)生刀痕問(wèn)題，對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)的的效率、成本、質(zhì)量提升具有重大意義。