MQL深孔鉆在曲軸斜油孔加工上的應(yīng)用

韓子琦

(長春市第二實(shí)驗(yàn)學(xué)校，長春 130022)

MQL深孔鉆在曲軸斜油孔加工上的應(yīng)用

韓子琦

(長春市第二實(shí)驗(yàn)學(xué)校，長春 130022)

以發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸斜油孔加工為例，詳細(xì)論述了半干式加工(MQL)的作用、硬質(zhì)合金涂層刀具的特點(diǎn)以及硬質(zhì)合金鉆頭配合半干式加工技術(shù)在小徑深孔加工中的應(yīng)用。

MQL深孔鉆；曲軸斜油孔；半干式加工；刀具涂層

小徑深孔加工一直以來都是很棘手的問題，也是機(jī)械加工行業(yè)恒久的主題。很多專家學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)為了提高小徑深孔加工的精度和效率，一直在不斷地探索和努力，已經(jīng)取得了很大的技術(shù)進(jìn)步，并且在節(jié)能環(huán)保工作中也作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

小徑深孔加工的最大的技術(shù)進(jìn)步是：由濕式加工變?yōu)楝F(xiàn)在比較普遍的半干式加工，并且應(yīng)用了精密潤滑給油系統(tǒng)，使加工精度和工作節(jié)拍得到了跨越式的改善。隨著技術(shù)的進(jìn)步，對于小徑深孔加工來說，對設(shè)備和刀具的性能也提出了更高的要求。目前，普遍采用硬質(zhì)合金內(nèi)冷涂層刀具來對應(yīng)小徑深孔加工，即硬質(zhì)合金鉆頭配合半干式加工技術(shù)，故MQL深孔鉆加工成為小徑深孔加工較為先進(jìn)的方法。

1 加工曲軸油孔的精密潤滑裝置—MQL的作用

什么是半干式加工呢？半干式加工被叫作Minmum Quantity Lubrication(MQL)，并且已經(jīng)被應(yīng)用于大部分工廠中。MQL半干式加工是采用高性能植物油系切削油或自然降解性植物油合成酯，以每小時(shí)2～30 mL的超微量，用噴霧方式將油劑只涂于加工點(diǎn)的加工方法[1]。

將現(xiàn)用切削油量減少到其1/10，只使用2～30 mL/h的微量油劑噴涂于刀尖，集合了干式加工與濕式加工優(yōu)點(diǎn)。其實(shí)，噴霧式加工在上世紀(jì)初就已經(jīng)出現(xiàn)，絕不是什么新方法。但是，新的加工方法—半干式加工噴霧還不到以往噴霧量的1/10，所以別名“油氣”，實(shí)際上只是含了點(diǎn)油分的空氣，噴霧幾乎是肉眼看不到的微量。半干式加工實(shí)際是一種極其接近干式加工的方法，而且所使用的切削油也不同于以往的礦物系油，而是代之以對人體無害、環(huán)境負(fù)荷小、可降解的植物系油?，F(xiàn)在，半干式加工已經(jīng)被許多工廠采用，效果良好。

因小徑深孔加工的鉆頭油孔很小，為讓其形成油霧，加工時(shí)必須保證必要的空氣流量。MQL就是這樣一種從節(jié)約能源觀點(diǎn)出發(fā)，即使是很少量的空氣流量也能保證產(chǎn)生細(xì)微油霧的裝置，并且它還具有能將大粒油霧去除的構(gòu)造。因曲軸斜油孔鉆頭的空氣通過量小，輸送過程中油霧流速緩慢 ，油霧沒有液狀化(液滴化)，所以，MQL的設(shè)計(jì)必須是有利于提高有效油霧發(fā)生效率，且不易受主軸離心率影響的霧滴直徑，并且是能確實(shí)噴到刀尖上的裝置 (如圖1所示) 。即使是微小的油霧，如果在輸送過程中流速過快或者有紊流現(xiàn)象發(fā)生，也會(huì)使油霧液化。另外，在內(nèi)部給油機(jī)中產(chǎn)生的油霧在單向閥、管接頭、管路的彎曲部分也會(huì)發(fā)生液化現(xiàn)象。一旦油霧在輸送過程中發(fā)生液化現(xiàn)象，在刀具的油孔中吐出的油霧靈敏性就會(huì)變壞[2]，因此，一定要注意在微小的通路內(nèi)確保油霧的流速不要過快或紊流。

MQL內(nèi)部給油器的技術(shù)特點(diǎn)：

MQL內(nèi)部給油器通過使用高精度的給油泵，保證了最佳的油霧供給，并使油霧高靈敏度地提升，同時(shí)保證使用最小的空氣流量來供應(yīng)高效的油霧，使管內(nèi)油霧的流速控制在極低水平，以保證克服主軸的離心力達(dá)到最好，并確保刀具油孔吐出的油霧直徑在2.4 um以下。

2 加工油孔的刀具—硬質(zhì)合金涂層刀具

由于小徑深孔加工采用MQL精密潤滑，不像以前采用大量的切削液的方式冷卻，微量的油霧冷卻效果難以抵抗在加工中產(chǎn)生的大量熱量。以往，人們主要是重視切削油的潤滑和冷卻效果，但隨著刀具母材的改良及涂層技術(shù)的進(jìn)步，刀具的耐熱性也不斷提高。

開創(chuàng)小徑深孔高能率加工的是刀具制造廠商。以前深孔鉆一般都是用高速鋼那種韌性強(qiáng)的材質(zhì)來制造，現(xiàn)在使用的是硬質(zhì)合金深孔鉆，開發(fā)成功背景如下：母材微觀結(jié)構(gòu)的抗折力和耐崩刃性能的提高；TiAIN等耐熱性、耐磨耗效果良好的涂層；通過平滑的涂層膜實(shí)現(xiàn)的排屑性的提高；利于排屑性和刀具剛性的最合適芯厚設(shè)計(jì)，等等[3]。

涂層刀具是在強(qiáng)度和韌性較好的硬質(zhì)合金基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物(也可涂覆在陶瓷、金剛石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而獲得的。涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦因數(shù)小和熱導(dǎo)率低等特性[4]。切削時(shí)可比未涂層刀具提高刀具壽命3～5倍以上；提高切削速度20%～70%；提高加工精度0.5～1級；降低刀具消耗費(fèi)用20%～50%。因此，涂層刀具可減少刀片的崩刃及破損，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

下面介紹一下曲軸油孔加工中使用的硬質(zhì)合金涂層刀具。

日本豐田發(fā)動(dòng)機(jī)廠使用DSSW0479TIN這種型號的刀具來加工曲軸銷徑斜油孔。

該刀具的材料為硬質(zhì)合金，設(shè)計(jì)為直柄、內(nèi)冷結(jié)構(gòu)，表面涂層TIN，涂層后排屑槽的表面粗糙度為0.8 Ra以下，切削刃頂角設(shè)計(jì)為140°，兩端刃高低差為0.02，橫刃角為145°，直徑4.95 mm。該刀具使用壽命為100件，每次使用后再研磨涂層，可以循環(huán)研磨10次。

基于以上的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，該刀具在實(shí)際加工中體現(xiàn)出了其超強(qiáng)的使用性能，通過生產(chǎn)實(shí)際的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，這種刀具具有如下優(yōu)點(diǎn)：排屑性好，切屑分?jǐn)嗄芰?qiáng)，刀具不易產(chǎn)生積屑瘤。由于表面涂層，刀具的耐熱耐磨性好，在每次刀具正常交換時(shí)，在放大鏡下觀察其磨耗，都小于0.1 mm以下。刀具進(jìn)給速度可以從原來的102 mm/min提高到480 mm/min，因此加工能率相應(yīng)地提高了4倍以上。

3 合金刀具與MQL結(jié)合的技術(shù)特點(diǎn)

小徑深孔加工由于采用了MQL半干式加工技術(shù)與硬質(zhì)合金涂層刀具的結(jié)合，與以前的槍鉆加水溶性切削液的加工技術(shù)，具有以下的技術(shù)特點(diǎn)。

第一，水溶性切削油加工和MQL加工的切屑形狀不同。MQL加工的切屑有小小的卷邊，有利于深孔排出。另外，MQL加工的切削明顯變小。以上的特點(diǎn)決定了MQL加工中使切屑分?jǐn)嗄芰?qiáng)且易于排出的特點(diǎn)。因?yàn)橛操|(zhì)合金鉆的設(shè)計(jì)著眼于切屑的排出，加工速度在原來60 m/min的基礎(chǔ)上提高到80 m/min，隨著速度的提高，切屑的龜裂傾向提高，使分?jǐn)嘧兊酶鼮槿菀譡5]。

第二，深孔加工情況下，水溶性切削油加工與MQL加工時(shí)的刀具壽命、主軸負(fù)荷電力，觀察主軸負(fù)荷電力時(shí)發(fā)現(xiàn)，水溶切削油在加工途中，其主軸負(fù)荷電力中途上升，推測應(yīng)該是由于切屑堵塞所造成的。而MQL方式加工時(shí)主軸的電力負(fù)荷比較平穩(wěn)，因而可以達(dá)到節(jié)省電力能源的效果。

第三，硬質(zhì)合金與MQL的組合，使生產(chǎn)節(jié)拍變?yōu)橐郧暗?/5，如在日本豐田的發(fā)動(dòng)機(jī)工廠，同樣加工曲軸的生產(chǎn)線，其加工油孔工位的設(shè)備，在1998年采用的是高速鋼槍鉆加水溶性切削液，為了滿足生產(chǎn)節(jié)拍，使用15臺(tái)復(fù)列設(shè)備，在2000年采用了MQL的加工技術(shù)，使生產(chǎn)設(shè)備減少到了6臺(tái)，生產(chǎn)節(jié)拍也由原來的60 s減少到現(xiàn)在的30 s，而且還產(chǎn)生了許多其他各種各樣的效果。

4 結(jié)語

隨著冷卻液使用量減少，油劑與能源消費(fèi)量得到了大幅降低。鑒于機(jī)械加工線上最大的動(dòng)力消費(fèi)源就是冷卻液泵(切削液循環(huán)泵)，同時(shí)切削液的廢水處理、噴霧等又對地球環(huán)境和工廠環(huán)境有很大影響。所以半干式加工法也確實(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、節(jié)約資源、削減廢棄物的目標(biāo)。

隨著加工能率的提高(高速化)，機(jī)械臺(tái)數(shù)的減少，實(shí)現(xiàn)了投資成本的降低。對比一下兩種加工方法的加工效率，槍鉆加水溶性切削油的加工條件為 Vc=60 m/min ，fn=0.05 mm/rev，而硬質(zhì)合金深孔鉆加MQL的加工條件為Vc=80 m/min， fn=0.15 mm/rev，可見，后者的加工效率大大提高了。

[1] 衛(wèi)民.金屬工藝學(xué)[M].南京：南京工學(xué)院出版社，1987.

[2] 肖詩剛.刀具材料及其合理選擇[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[3] 黃如林.切削加工手冊[K].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[4] 井川，巖坪.機(jī)械技術(shù)[K].日本：日本豐田公司，1999.

ApplicationofMQLdeepholedrillingincrankshaftobliqueoilholemachining

HAN Zi-qi

(Changchun Second Experimental School, Changchun 130022, China)

Taking the processing of the crankshaft diagonal oil hole as an example, the function of semi-dry machining (MQL), the characteristics of carbide coated cutting tools, and the semi-dry machining technology of carbide drill in small diameter deep hole machining were discussed.

MQL deep hole drilling; Crankshaft oblique hole; Semi-dry machining; Tool coating

TG52

A

1674-8646(2017)21-0008-02

2017-09-02

韓子琦(2000-)，男，學(xué)生。