用PCD镗刀和精密微调镗杆加工发动机活塞销孔精镗小喇叭

用PCD镗刀和精密微调镗杆加工发动机活塞销孔精镗

1.引言

单晶金刚石具有摩擦系数低、导热系数高以及硬度高等特性，用单晶金刚石制作的刀具可以磨出锋利的切削刃刃口，大大减小切削力，有利于提高切削加工的精度，同时也降低了对精密加工机床刚性的要求，因此在精密加工领域尤其在有色金属及其合金材料的切削领域，单晶金刚石刀具得到越来越广泛的应用。

某公司生产的一种轿车发动机活塞，其材料为铸铝合金ZL109，活塞销孔内径尺寸公差0.009mm，圆柱度0.0015mm，表面粗糙度Ra≤0.32μm。为了满足零件较高的加工尺寸精度、形状精度和表面粗糙度精度要求，选用单晶金刚石刀具进行该活塞销孔的加工。但在销孔镗削加工中发现存在以下问题：尺寸微细调整困难，用传统调整方法不仅耗时多，而且调整的尺寸不够精确；部分刀具有开焊、掉头现象。此外，单晶金刚石刀具价格昂贵，加工成本高。

为了解决上述问题，笔者介绍一种发动机活塞销孔精镗加工用聚晶金刚石镗刀和一种可精密微调刀具尺寸的镗杆。

2.聚晶金刚石镗刀

发动机活塞销孔的精镗刀采用一只镗杆上安装两把刀具的形式。第一把刀为普通硬质合金镗刀，用于镗削本工序90%的销孔加工余量，并使所留的余量均匀；第二把刀为聚晶金刚石镗刀，镗削本工序剩余的约10%的加工余量。在镗削过程中两把刀具不允许同时参与切削。

聚晶金刚石镗刀刀尖结构参数的选择:

①刀具前角γo=2.5°。由于金刚石是一种脆性材料，抗冲击能力差，前角过大时容易崩刃；但是在铸铝合金的切削过程中，刀具前刀面容易粘屑，采用负前角，会使切屑流向工件，挤入工件与刀具之间。经过多次设计、试验，选择前角2.5°为宜。

②刀具后角αo采用复后角，分别为8°、15°，刀具刃带宽0.2mm。在前角确定的情况下，较小的第一后角可以使楔角βo增大，刀具强度提高；第二后角加大有利于减小后刀面与销孔内圆表面之间的摩擦和干涉。同时，在后刀面的刃口处刃磨出一条0.2mm宽的刃带，在30倍放大镜下观察，无缺口、裂纹现象，使得呈锯齿状、不够整齐光滑的刃口变得光滑。在切削时，刃带使刀具和工件之间形成一个接触面。通过这个接触面，利用金刚石较高的硬度，对工件的加工表面形成挤压状态，从而改善了加工表面的粗糙度。

③主偏角κγ、副偏角κγ′对称分布，刀尖圆弧R=0.7～1.0mm。由于聚晶金刚石镗刀仅承担0.04～0.05mm（单面）的切削深度，刀具的主副切削刃的切削部分实际上是由刀尖圆弧承担（同时具有修光作用）。如果刀尖圆弧半径过大，切削过程中进给方向切削阻力较大，将造成加工后销孔的圆柱度、表面粗糙度超差；如果刀尖圆弧半径太小，加工表面粗糙度高且刀尖易崩刃。

④刀体槽有5°的楔角。由于聚晶金刚石刀片与刀体为焊接连接，而部分发动机活塞销座上开有润滑油孔，油孔附近的销孔表面的镗削加工属于间断切削，加工时产生的冲击极容易使镗刀产生掉头现象。在刀槽后部加工出一向内的楔角，可以抵抗主切削力的作用，缓解对刀片与刀体焊接强度的要求，延长刀具使用寿命。

鉴于聚晶金刚石刀片之间性能上存在的差异，在选择刀片时应注意金刚石层与硬质合金衬底不得分层，PCD的表面没有微小孔洞和黑点。由于PCD刀片硬度很高，其刃磨比较困难。刃磨刀具时，应重点控制刀尖圆弧、刃带的尺寸以及各刀面的粗糙度（刀具前、后刀面粗糙度Ra≤0.1μm）。

3.精密微调镗杆

精密镗削发动机活塞销孔使用的精密微调镗杆左端与机床联接，镗杆右端分布有：涨开用螺钉孔、收紧用螺钉孔、粗调顶丝螺孔、硬质合金刀孔、聚晶金刚石刀孔、压刀螺丝孔以及一条微调刀槽。微调镗杆主要通过镗杆产生微量弹性变形实现对刀具尺寸的精确调整。在垂直于镗刀轴线的镗杆中心截面上用电火花线切割的方法加工出一条0.2mm宽的微调刀槽。调整时，若顶紧涨开用螺钉孔中的顶丝，镗杆槽侧实体产生弹性变形，刀具随同向外，尺寸增大；若拉紧收紧用螺钉孔中螺钉，镗杆变形，刀具向内，尺寸减小。由于刀具尺寸的变化量极小（仅仅是镗杆的微米级弹性变形量），因此既能满足工件尺寸公差带（0.009mm宽）的要求，又使调刀方便。微调刀槽与切削力方向平行，不影响该方向上镗杆的抗弯模量，刀槽两端2mm的孔为线切割加工的工艺孔，同时具有减小应力集中的作用。

由于销孔镗削速度很高,为满足零件的加工要求，制造镗杆时应注意以下几点：①刀杆材料选择耐磨性好、硬度较高的合金钢（如40Cr或65Mn），以延长刀杆的使用寿命；②镗杆杆部与定位部分的同轴度小于0.01mm，镗杆各部分外圆采用磨削加工，保证镗杆在高速转动中保持平衡、减少振动；③镗杆通过热处理提高刚度，以减少镗杆的受力变形和振动；④刀孔中心线垂直相交于镗杆轴线，保证刀具的工作角度不受刀孔位置的影响。

4.镗刀与镗杆的装配

销孔的镗削过程中很容易引起自激振动，进而影响到加工表面的粗糙度。经切削试验发现镗杆和镗刀在装配后应满足：过刀尖的基面应通过镗杆轴线或高于镗杆轴线不超过0～0.1mm，可保证镗削后销孔的尺寸精度和表面粗糙度。如果刀尖低于镗杆轴线，加工过程中会引起镗杆的颤振，造成活塞销孔圆柱度、表面粗糙度超差或者刀尖崩刃。

5.镗刀寿命试验

切削试验条件：①机床：发动机活塞销孔专用镗床；②刀具：本文介绍的精密微调镗杆上同时安装硬质合金镗刀和聚晶金刚石镗刀；③切削参数：n=3000r/min，f=3mm/s，αp1=0.92mm，αp2=0.08mm；④切削液：乳化液。

经对发动机活塞销孔较长时间的镗削加工试验验证，加工后的销孔圆柱度小于0.0015mm，表面粗糙度Ra小于0.32μm，刀具很容易控制0.001mm的调整量、调整简单，刀具平均寿命达到13000只/把。

6.结语

镗削试验证明，聚晶金刚石镗刀具有合理的参数和结构以及良好的经济性，特别适用于有色金属的加工；微调镗杆依靠镗杆微量弹性变形调整刀具的尺寸，结构简单，调整精密、方便。利用聚晶金刚石镗刀和精密微调镗杆能够经济、合理地满足发动机活塞销孔高精度和低表面粗糙度的要求，刀具使用寿命长。

养血生发胶囊

行业热点

养血生发胶囊

了解什么原因能造成脱发积极治疗

生发知识讲堂