排氣歧管連接頸外圓及內(nèi)孔加工刀具優(yōu)化及工藝改進(jìn)

張銀生，余浩，袁印，黃新懷

西峽縣內(nèi)燃機(jī)進(jìn)排氣管有限責(zé)任公司 河南南陽(yáng) 474500

1 序言

隨著我國(guó)新排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布，國(guó)家對(duì)節(jié)能減排提出了更高要求。因此，各生產(chǎn)廠家都在努力提高柴油機(jī)的性能，其中，提升國(guó)六重型柴油機(jī)排氣歧管的加工質(zhì)量是節(jié)能減排的重要環(huán)節(jié)。

結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管加工的一些新方法及新工藝，充分利用銑端面打中心孔設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱數(shù)控對(duì)鏜專機(jī)）的功能，對(duì)現(xiàn)有的刀具應(yīng)用及加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，使用新的刀具和夾具，改變工藝路線，提升耐熱排氣歧管的加工質(zhì)量，降低加工成本，提高加工效率。

我公司在加工耐熱硅鉬釩中間排氣歧管時(shí)，新增數(shù)控多軸對(duì)鏜專機(jī)，應(yīng)用于排氣歧管兩端連接頸加工，加工精度和效率更高，加工出的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可靠。

隨著某國(guó)六重型柴油機(jī)的產(chǎn)量不斷增加，我公司配套的國(guó)六重型柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管產(chǎn)能已經(jīng)不能滿足主機(jī)廠的裝機(jī)需求，急需優(yōu)化改進(jìn)。

2 零件加工要求

某發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管連接頸（見圖1）加工工序主要完成左右兩側(cè)連接頸端面、外圓、內(nèi)孔、R角及孔口倒角加工，有以下特點(diǎn)。

圖1 排氣歧管連接頸

1）加工內(nèi)容多。該工位需要加工的內(nèi)容如下：車一端連接頸端面、外圓、內(nèi)孔、R角及孔口倒角，車另一端連接頸端面外圓、內(nèi)孔、R角及孔口倒角，需要2個(gè)工位、2臺(tái)數(shù)控圓車、2次裝夾加工才能完成。

2）加工尺寸精度要求高。內(nèi)孔的孔徑為56+0.046+0.026mm，相對(duì)位置度尺寸為中心高位置度0.1 mm，兩端圓位置度0.1mm，連接頸內(nèi)孔表面粗糙度值Ra＝1.6μm，孔口倒角20°，外圓同軸度0.2mm。

3 改進(jìn)前加工工藝及問(wèn)題

中間排氣歧管為薄壁型不規(guī)則偏心零件，硅鉬釩鑄鐵材料，其內(nèi)部型腔復(fù)雜，外部筋板結(jié)構(gòu)較多。為了控制在加工過(guò)程中加工應(yīng)力引起的變形，排氣歧管連接頸內(nèi)孔等余量較多的部位經(jīng)過(guò)粗加工和半精加工后各平面和內(nèi)孔的單邊只留0.3～0.5mm余量，然后進(jìn)行精加工。

傳統(tǒng)的加工工藝選用1臺(tái)數(shù)控圓車和手動(dòng)夾具（見圖2、圖3），經(jīng)過(guò)兩次翻轉(zhuǎn)裝夾，在加工時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)的一面兩銷定位，一端連接頸車圓工序完成后，將工件調(diào)頭車另一端。裝夾采用4個(gè)壓板手動(dòng)壓緊，很不方便，效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且由于兩次裝夾后，需要多次校調(diào)零點(diǎn)，各部位相對(duì)坐標(biāo)有一定的偏差，手動(dòng)壓緊出現(xiàn)壓緊力不均勻現(xiàn)象，導(dǎo)致兩端圓同軸度和位置度尺寸及表面粗糙度出現(xiàn)超差及不穩(wěn)定現(xiàn)象[1,2]。

圖2 數(shù)控圓車

圖3 手動(dòng)夾具

因現(xiàn)在工藝效率較低，故采用工序分開的原則來(lái)提升產(chǎn)能。結(jié)合公司實(shí)際情況，采用兩臺(tái)數(shù)控車床，將兩次車圓工序分開，兩端圓同時(shí)在兩臺(tái)數(shù)控車床上加工，壓緊方式為手動(dòng)螺栓壓板壓緊。

這種加工方式存在以下問(wèn)題。

1）因工件外圓和內(nèi)孔表面粗糙度要求高，工件形狀復(fù)雜、不規(guī)則，夾具采用角鐵式車夾具，要考慮夾具旋轉(zhuǎn)時(shí)的平衡問(wèn)題，但是受機(jī)床偏重及線速度影響，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速低，導(dǎo)致零件表面粗糙度超差。

2）整個(gè)加工需要兩臺(tái)數(shù)控圓車，需要重新采購(gòu)設(shè)備，兩次定位裝夾，導(dǎo)致兩端圓同軸度和位置度尺寸超差。

3）工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工效率較低、質(zhì)量不穩(wěn)定。

4 優(yōu)化后工藝及其優(yōu)點(diǎn)

1）新增數(shù)控多軸對(duì)鏜專機(jī)，改車削加工為鏜削加工；改由工件及夾具旋轉(zhuǎn)為刀具旋轉(zhuǎn)，消除偏置夾具及偏心產(chǎn)品帶來(lái)的回轉(zhuǎn)偏重問(wèn)題，改善連接頸加工的圓度、表面粗糙度和加工工藝參數(shù)設(shè)置問(wèn)題，有效提升加工效率及質(zhì)量。

2）設(shè)計(jì)制作一套液壓快速夾緊裝置（見圖4）實(shí)現(xiàn)工件多個(gè)壓緊點(diǎn)的同步夾緊動(dòng)作，夾緊力的大小可以調(diào)整控制，在滿足夾緊要求的同時(shí)可以有效防止工件的夾緊變形，實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成兩端連接頸所有工序的內(nèi)容，減少裝夾次數(shù)、有效提升加工效率及降低勞動(dòng)強(qiáng)度[3,4]。

圖4 液壓快速夾緊裝置

3）把對(duì)鏜專機(jī)設(shè)計(jì)為多軸同時(shí)切削的結(jié)構(gòu)，使其同時(shí)完成多工位的加工。同時(shí)，在鏜床工作臺(tái)上設(shè)計(jì)一個(gè)可以移動(dòng)的滑臺(tái)，通過(guò)滑臺(tái)帶動(dòng)夾具及工件移動(dòng)，配合鏜削主軸、加工刀具及加工工藝，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品同一部位不同工序的加工。

4）設(shè)計(jì)制作一體復(fù)合式不等距套粗鏜刀體（見圖5），刀體材料42CrM，此材質(zhì)具有高強(qiáng)度和高韌性，調(diào)質(zhì)處理后疲勞極限和抗多次沖擊能力能滿足大批量生產(chǎn)需要。同時(shí)完成外圓、倒角、端面及內(nèi)孔等的加工，不等距設(shè)計(jì)減少加工振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高效率加工。

圖5 一體復(fù)合式不等距套粗鏜刀體

5）設(shè)計(jì)制作模塊化一體可調(diào)高精度鏜刀（見圖6），微調(diào)精度0.01mm，有效保證孔頸精度以及孔位置度、表面粗糙度和圓度等。刀具的模塊化設(shè)計(jì)，減少了刀具更換及檢測(cè)時(shí)間。

圖6 模塊化一體可調(diào)高精度鏜刀

6）分析、研究并選出適用于加工當(dāng)前產(chǎn)品材料的刀具材料，用某國(guó)產(chǎn)品牌刀具代替進(jìn)口。一個(gè)刀體安裝7個(gè)同一種型號(hào)的刀片，利用現(xiàn)有合金鏜刀片CCMT120408，刀片配合刀體分別安裝在鏜床的不同主軸上，減少采購(gòu)非標(biāo)刀片，完成產(chǎn)品不同工序的加工，提升刀具的使用壽命，有效降低加工成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)新方案及工藝的實(shí)施，產(chǎn)品的過(guò)程能力PPK=1.98，CPK=1.46。生產(chǎn)效率提升3倍，由原來(lái)的兩人兩臺(tái)設(shè)備班產(chǎn)60件到一人一臺(tái)設(shè)備班產(chǎn)180件，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。同時(shí)，刀具壽命得到了大幅提升，加工成本大幅下降，不足原來(lái)的1/4，超越預(yù)期目標(biāo)。該工藝應(yīng)用于同類產(chǎn)品的加工，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。隨著科技的快速發(fā)展，這種模塊化、集成化的技術(shù)將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。