缸体缸孔镗削工艺的改造应用

作者:上汽通用五菱汽车股份有限公司 于 健 王贵彬 叶才盛 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2019-09-10
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缸孔镗削加工作为缸孔精加工的重要一环,其加工质量直接影响发动机整机燃油经济性。基于AdvantEdge仿真,结合实际应用可通过优化镗刀刀片圆角、刀夹角度降低切削时刀具所受径向力,从而降低发动机缸体粗镗加工时的震纹频率,提升加工质量。

某汽车发动机制造厂生产B系列铸铁件缸体,长期以来存在粗镗加工后缸孔表面波纹度严重超差的问题。统计显示该工位一次下线合格率仅达到95%,存在较大的质量风险和成本浪费。该工厂工艺设计为使用T22005对缸孔毛坯镗削加工,该刀具的刀夹主偏角为75°,刀片圆角为R1.2,刀具耐用度设置为350件。

工艺优化
对发生问题时刀具实际耐用度汇总后发现,波纹度超差件集中在刀具寿命后期,此时刀具磨损明显,刀具负载增大从而引发刀体震动导致已加工表面波纹度超差。单纯的缩短刀具耐用度对成本影响较大,且无法根本解决问题;提高刀具在内的工艺系统刚性,需对机床做较大改造,周期过长;因此基于降低切削阻力入手,从粗镗刀具本身对粗镗工艺进行优化改造。
1.优化刀片圆角半径。
理论分析可知同等条件下,刀片切削刃的圆弧半径越大,切削时阻力越大,从而引起刀具或工件震动,引起波纹度超差问题发生。基于该分析,对不同圆角的粗镗刀刀片进行切削验证,挑选圆角半径更小的R1.0、R0.8与现用R1.2圆角刀片在同等条件下(相同机床、相同刀体、相同参数)分别试切工件,监控主轴负载,对比可知通过改变刀片圆角主轴负载分别可降低7.7%、16.9%,且加工表面质量明显改善。
2.优化刀具的主偏角
对切削过程受力分析可知镗孔时,不同主偏角下刀具所受径向力不同,90°主偏角刀具产生的径向切削力最小,同时刃口产生的轴向力最大;45°主偏角时径向切削力与轴向力相等。运用刀具仿真软件AdvantEdge仿真分析,建立基本的工件模型,调取系统数据库将材质设定为铸铁并选取与生产现场接近的牌号,输入基本的转速、进给,分别在75°、85°刀夹主偏角参数下模拟加工。
如图1、2所示,相同条件下,刀具主偏角75°时,应力变形深度0.3302 mm, 刀具主偏角85°时,应力变形深度为0.0762 mm,即刀具主偏角由75°优化到85°后,应力变形深度可减小76%。

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3.应用效果
在理论分析的基础上,改造粗镗刀刀夹,将现用刀具主偏角75°改进为85°,同时优化刀片圆角为R0.8。将改造刀具于生产现场展开测试,测试合格后批量验证,连续采集数据12个月,发现改造后的刀具均能达到理论耐用度,将刀片显微镜下目视检查刀片磨损,发现刃口完整,无异常磨损情况。
优化前后加工质量对比如图3所示,优化前的工件表面质量差,有明显震纹;优化后的工件表面波纹度降低明显,目视无明显震纹。

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结语
通过理论分析和切削仿真明确优化改进方向,以粗镗刀刀片圆角、刀夹主偏角为切入点,实现了在不改变机床夹具和工件材质的情况下有效降低切削径向力,减少因波纹度超差导致的工件报废,取得了良好的经济效益。  

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