淺析如何降低缸蓋座圈加工崩刀

屈猛 熊慶遲

關鍵詞：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)動機的重要部件，其座圈在缸蓋做功中起著重要作用，座圈與氣門配合直接影響發(fā)動機功率、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。座圈自有特性導致其在加工時容易出現(xiàn)刀具崩刃和刀具耐用度低等問題，為此，本文針對刀具加工座圈常見問題進行了分析和改進。

2 問題現(xiàn)狀

某主機廠加工缸蓋采用刀片裝配可調(diào)式刀具精鉸進、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管底孔的導向孔，保證設備節(jié)拍。精加工刀具為長柄刀桿，先加工導管底孔，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題，頻繁出現(xiàn)刀片崩刀導致座圈密封面出現(xiàn)刀痕和臺階質(zhì)量問題（如圖3 所示）。

團隊統(tǒng)計了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，每次崩刀會產(chǎn)生返修零件，每次崩刀后都需要追溯隔離并進行返修，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量和成本控制。

如果對座圈的加工質(zhì)量不加以控制，那么有刀痕的座圈就會造成發(fā)動機壓縮比不足，影響排放或者功率降低，發(fā)動機抖動等潛在失效風險，對客戶的滿意度有很大的影響。嚴重情況下，可能導致售后拉回，更會影響企業(yè)的品牌價值。因座圈加工質(zhì)量難控制，各座圈供應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廠的瓶頸工位。

3 原因分析

為解決座圈刀痕質(zhì)量問題，團隊通過收集大量的基礎數(shù)據(jù)進行分析：

3.1 人員因素

崩刀大多發(fā)生在過程，并非出現(xiàn)在換刀首件，說明刀片在裝上機床時狀態(tài)可以，與人員操作無直接關系。

3.2 設備因素

統(tǒng)計生產(chǎn)線4 臺機床發(fā)生次數(shù)，并檢查機床加緊壓力、主軸跳動、拉刀力，結果顯示4 臺機床崩刀發(fā)生頻次吳明顯差異，檢查機床相關參數(shù)合格，與設備無直接關系。

在刀具選擇上，目前公司多家工廠均采用同樣的刀片，檢查刀具調(diào)刀標準文件及調(diào)刀尺寸無異常，通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)崩刀問題發(fā)生在刀片各個壽命區(qū)間，且修磨刀片與新刀片發(fā)生概率相當，與刀片無直接關系。

3.3 座圈因素

通過檢測座圈硬度、金相及成分均符合圖紙要求，與座圈無直接關系。

3.4 工藝因素

主機廠多家基地車間均采用相同的工藝以及刀具進行加工，試用不同加工參數(shù)，對崩刀問題無改善;統(tǒng)計4 臺機床切削液溫度及壓力正常，機床監(jiān)控無報警。切削濃度未出現(xiàn)超差，提高切削液濃度驗證無明顯的改善。

基本排除人員、設備刀具、物料原因?qū)е卤赖?，團隊計劃通過刀片、座圈材料的優(yōu)化解決刀具崩刀問題。

4 措施驗證

團隊計劃通過不同的刀片供應商驗證對座圈切削是否有所改善，使用供應商W、供應商Z、供應商T 以及供應商M 四個供應商進行驗證，結果如下（如表1 所示），其他供應商刀片無法有效改善座圈崩刀情況。

團隊通過切削液及加工參數(shù)優(yōu)化，改善崩刀情況，分別做了多組驗證：a、刀片、座圈供應商、加工參數(shù)不變情況下，提升切削液濃度，驗證崩刀改善，無改善;b、刀片、座圈供應商、切削液濃度不變情況下，優(yōu)化刀具參數(shù)提高進給量、降低進給量，驗證崩刀改善，無改善，通過驗證發(fā)現(xiàn)切削液濃度及刀具加工參數(shù)，無法改善座圈崩刀情況。

團隊統(tǒng)計分析崩刀座圈的相關工藝要求，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），并無差異，而且分析檢測座圈化學成分，排氣座圈成分、進氣座圈均在合格范圍內(nèi)。

通過研究座圈材質(zhì)成分作用，決定驗證在圖紙要求范圍內(nèi)增加機加工助劑以提高切削性能，添加原則為機加工助劑不能影響材料的尺寸及力學性能，團隊決定在座圈材料圖紙標準范圍內(nèi)，微調(diào)化學成分，增加硫化物：硫化錳（MnS），硫化鐵（FeS），二硫化鉬（MoS2），改善座圈的機加工切削性能。

為確認座圈增加硫化物后，相關的尺寸、力學性能不受影響，團隊對新添加了硫化物的座圈進行密度、硬度、金相組織、化學成分測試，結果均在合格范圍。進行座圈耐磨性測試，結果如下（如表3、圖5 所示）

測試說明：藍色為試驗前密封帶數(shù)據(jù)，紅色為試驗后密封帶數(shù)據(jù)，推定磨損量計算公式為：X=（L2-L1）/（1/tgα+1/tgβ），單位mm;其中X 表示磨損量，L1表示試驗前密封帶寬度，L2 表示試驗后密封帶寬度，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)過驗證3 輪進排氣座圈增加硫化物驗證，加工未出現(xiàn)座圈崩刀問題，且座圈相關尺寸，泄漏及刀具磨損情況均未出現(xiàn)異常，刀具能到達壽命下刀。團隊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。

驗證結論：增加硫化物后，有助機加工切削性能。

6 改善座圈加工的其他經(jīng)驗分享

由于座圈材料的特殊性，加工控制難度較大，在保持刀具及機床穩(wěn)定性的同時，座圈本身質(zhì)量控制也相當重要，以下是根據(jù)制造經(jīng)驗總結的座圈制造工藝中的控制要點及失效模式（如表4 所示），后續(xù)團隊問題解決中提供幫助。

7 結束語改善座圈加工的其他經(jīng)驗分享

通過對座圈成分的優(yōu)化分析，并基于刀具加工進行了改進。通過實際驗證，這種改善有效解決座圈加工崩刀產(chǎn)生刀痕問題，對生產(chǎn)線的的效率、成本、質(zhì)量提升具有重大意義。