王睿晟，鄔 豪，莫 瑜

（上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司，重慶 400000）

引言

發(fā)動機(jī)是汽車動力方面的核心部件，其鑄件質(zhì)量與整車動力性、駕駛舒適性、燃油經(jīng)濟(jì)性以及噪聲水平等有直接影響。在目前各大車企競爭日趨白熱化的大背景下，上述的重要指標(biāo)已經(jīng)成為滿足客戶的基本需求。另外，發(fā)動機(jī)鑄件原材料近兩年來都出現(xiàn)供應(yīng)短缺、漲價的現(xiàn)象，盡可能降低鑄件工廢率已成為各個車企必須要面對的挑戰(zhàn)。鑄件光孔的加工質(zhì)量又直接決定發(fā)動機(jī)的使用性能，所以提升發(fā)動機(jī)鑄件光孔直徑加工精度具有重要意義[1]。

1 光孔的加工方式

目前，發(fā)動機(jī)鑄件光孔的CNC機(jī)床加工方式主要分為鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔和鏜孔四大類，均是由機(jī)床主軸裝夾專門的刀具對鑄件進(jìn)行加工。其中鏜孔的鏜刀配備有專門的漲刀機(jī)構(gòu)。光孔的工藝路線以及相關(guān)應(yīng)用如表1所示。

表1 光孔加工路線匯總表

2 光孔的功用及直徑超差的危害

由上述光孔加工路線匯總表可以看出，光孔的功用分為兩大類。無論哪類的光孔直徑出現(xiàn)異常，都會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)無法加工或運行失效：

第一種是直接與定位銷、座圈、導(dǎo)管、挺柱、悶蓋等一些重要零件接觸配合，其功能總體上來說是限位、密封作用。如果光孔直徑過小，則導(dǎo)致零件裝配困難甚至無法安裝，發(fā)動機(jī)運行時會出現(xiàn)各種卡滯問題（氣門斷裂、發(fā)動機(jī)拉缸、曲軸抱死等）；如果光孔直徑過大，則會出現(xiàn)各種零件的松動（悶蓋脫落、定位銷躥動、座圈松動等），從而引起各種泄漏、異響問題。

第二種是為攻絲做準(zhǔn)備，最終形成螺紋孔。如果光孔直徑過小，則導(dǎo)致絲錐斷刀、崩刀，無法正常加工；如果光孔直徑過大，加工出的螺紋孔中徑、小徑可能過大，導(dǎo)致與螺栓配合擰緊扭矩過低，出現(xiàn)固定或密封失效問題。

3 控制圖異常波動常見的表現(xiàn)形式與潛在原因、改進(jìn)措施

下面列舉幾種常見的光孔直徑控制圖異常波動的表現(xiàn)形式（見下頁圖1）以及對應(yīng)的SPC判異原則，并針對每種情況介紹常見原因、改進(jìn)措施。

3.1 分層（連續(xù)9點落在中心線同一側(cè)）

1）分層出現(xiàn)在換刀的時刻，新刀具刀頭直徑與舊刀具刀頭直徑差異較大導(dǎo)致。臨時措施是可以使用與舊刀具刀頭直徑接近的新刀來避免這種情況，長期措施是讓刀具供應(yīng)商收嚴(yán)刀頭直徑的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)、提高刀頭直徑的精確度來徹底解決此問題。

2）刀具崩刃，崩刃后直徑會突然變大。引起崩刃的原因有很多，毛坯來料的原因有毛坯硬度過大、毛坯鑄造多肉、毛坯內(nèi)部有氣孔等。刀具自身的原因有刀片尺寸異常、刀片硬度不足、刀片松動、刀具的每齒進(jìn)給過大或刀具線速度過大等。機(jī)床原因有切削液沒有及時供給導(dǎo)致刀頭干磨、工件夾緊異常、主軸震動等,此時需要針對具體的原因進(jìn)行改進(jìn)。

3）如果是含漲刀結(jié)構(gòu)的刀具，分層還可能出現(xiàn)在加工停留時間、刀具補償變動的時刻，如沒有人為調(diào)整，則需要排查機(jī)床加工參數(shù)、漲刀機(jī)構(gòu)是否存在變異，并糾正變異點即可解決。

3.2 逐漸變小（連續(xù)6點遞減）

1）刀具磨損過快，就是指刀具還未加工到預(yù)定壽命刀頭直徑就已經(jīng)接近或超出下限。臨時方案可以降低轉(zhuǎn)速、增大每齒進(jìn)給來抑制此問題，但不能根本解決。根本解決方法還是優(yōu)化刀具的材質(zhì)、制造工藝，提升耐磨性來預(yù)防該問題。

2）如果是含漲刀結(jié)構(gòu)的刀具，可能是漲刀功能變差導(dǎo)致，需要檢查漲刀系統(tǒng)是否存在異常泄壓問題。

3.3 逐漸變大（連續(xù)6點遞增）

CNC機(jī)床主軸或者刀具自身的跳動量逐步變大[2]。前者可以通過換刀，光孔直徑會臨時變小，但仍會隨時間推移逐漸變大，根本上還得通過增加配重塊或直接更換主軸來解決；后者換刀后現(xiàn)象即可消失，針對問題刀具需檢查刀具結(jié)構(gòu)來鎖定原因并解決。

3.4 整體波動大（連續(xù)14點升降交錯）

1）現(xiàn)象往往出現(xiàn)在擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔工序上，而誘因鎖定在某批來料的鉆孔工序異常，異常來料與正常來料混合加工，導(dǎo)致二次加工后直徑波動較大。一種原因是鉆孔的時候孔的圓心過度偏離，二次加工時加工余量分配不均導(dǎo)致刀具受力不均發(fā)生問題；另一種原因是鉆孔直徑過大、過小或圓度不好，導(dǎo)致二次加工時無法修復(fù)從而引起問題。消除鉆孔工序的異常后波動即可消失。

2）控制圖中的數(shù)據(jù)來源于2臺或2臺以上CNC機(jī)床，機(jī)床之間的精度差異較大所致，找到具體的差異點并保持一致既能解決。

3.5 有1個點或連續(xù)幾個點突跳（1點落在控制限之外）

1）刀刃積瘤。刀具加工時鐵屑受高溫、高壓影響下粘連在刀刃側(cè)壁，導(dǎo)致切削面積增大。改進(jìn)方案有3種：提升切削液對刀刃的沖洗效果來以便快速降溫、去除鐵屑；通過降低每齒進(jìn)給并使用高轉(zhuǎn)速來減小生成積屑瘤的可能性；優(yōu)化刀具外形結(jié)構(gòu)，如增加冷卻孔、排屑槽等，幫助鐵屑快速排出。

2）刀柄附著雜質(zhì)。刀柄上附著的雜質(zhì)導(dǎo)致刀柄不能與機(jī)床主軸完全貼合，實際裝夾位置相對于預(yù)定裝夾位置存在一個傾角，加工過程中刀頭末端出現(xiàn)離心運動，導(dǎo)致實際加工直徑變大引起問題?？梢栽黾訉ｉT的吹氣機(jī)構(gòu)在加工前清潔刀柄表面解決問題，日常對機(jī)床的主軸、刀庫、進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及刀具做好定期清理來防止此問題。

3）機(jī)床定位面殘留雜質(zhì)。此類情況通常出現(xiàn)在擴(kuò)孔、鉸孔工序上，定位面存在雜質(zhì)導(dǎo)致工件裝夾歪斜，當(dāng)前刀具的圓心沒有與預(yù)加工孔的圓心對齊，加工過程中余量分配不均發(fā)生孔徑異常。平時加工完工件后注意及時清潔機(jī)床定位表面即可防止問題發(fā)生。

4 結(jié)語

分析了CNC機(jī)床加工發(fā)動機(jī)鑄件光孔直徑控制圖異常波動的幾種表現(xiàn)形式和對應(yīng)問題原因。在實際調(diào)查問題原因時，為了保證調(diào)查效率，最好先排查趨勢圖開始出現(xiàn)異常的時間點是否存在相關(guān)變異，往往此變異點就是導(dǎo)致問題的原因。如果沒有明顯變異點或通過驗證發(fā)現(xiàn)變異點與問題沒有關(guān)系，個人建議按PFMEA、經(jīng)驗教訓(xùn)中各種原因出現(xiàn)的頻次由高到低進(jìn)行排查，一般大致的順序為：刀具→毛坯來料→機(jī)床硬件→機(jī)床軟件，按此順序排查來鎖定原因并制定解決措施。