毛孝安

（南車玉柴四川發(fā)動(dòng)機(jī)股份有限公司，四川 資陽(yáng) 641300）

1 問題的提出

活塞銷是柴油機(jī)的關(guān)鍵零件，其質(zhì)量的好壞直接影響柴油機(jī)的安全性和可靠性，因此對(duì)活塞銷硬度和光潔度要求很高，給活塞銷的加工帶來(lái)了巨大難度。我公司的32/40活塞銷內(nèi)孔加工的難度主要是：1）長(zhǎng)徑比達(dá)到了6.5，加工時(shí)刀桿過長(zhǎng)、過細(xì)、強(qiáng)度不足會(huì)出現(xiàn)振紋；2）內(nèi)孔硬度在60～64 HRC，產(chǎn)品長(zhǎng)度達(dá)到260 mm，磨削或車削均十分困難。

2 方案選擇

活塞銷結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1

一般來(lái)說(shuō)，硬度在60～64 HRC的產(chǎn)品在加工時(shí)應(yīng)采用磨削加工，但在該產(chǎn)品中磨削長(zhǎng)度為260 mm，只有磨床M1450A能磨削如此長(zhǎng)度，但公司目前沒有此規(guī)格的磨床；同時(shí)使用磨削的加工方式所需的時(shí)間特別長(zhǎng)，不適合大批量生產(chǎn)；如果磨削時(shí)采用兩頭磨削的方式不可避免會(huì)在活塞銷中部出現(xiàn)接刀痕，形成應(yīng)力集中，會(huì)影響活塞銷的內(nèi)孔質(zhì)量，留下活塞銷斷裂的隱患。隨著冷加工技術(shù)的進(jìn)步，近些年出現(xiàn)了多種用于加工高硬度材料的刀具，其中CBN刀具在我公司應(yīng)用較多，CBN刀具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）可提高加工柔性，突破了砂輪磨削的限制；

2）CBN切削中可不使用冷卻液，不會(huì)像磨削加工時(shí)產(chǎn)生廢液和廢棄物，對(duì)環(huán)境和人體的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于磨削加工；

3）切削效率高，加工時(shí)間短，設(shè)備投資費(fèi)用小，可降低加工成本；

4）切除相同體積零部件所消耗的能量?jī)H為磨削的20%，因此產(chǎn)生的切削熱較少，加工表面不易引起燒傷和微小裂紋。

從CBN刀具的特點(diǎn)來(lái)看，本例中活塞銷的內(nèi)孔非常適合來(lái)用CBN刀具來(lái)進(jìn)行加工。

3 方案細(xì)化、優(yōu)化

在試制中我們首先嘗試使用普通車床，刀桿加工時(shí)發(fā)現(xiàn)只要刀桿懸長(zhǎng)大于150 mm，車削時(shí)就會(huì)發(fā)出刺耳的尖叫聲，刀桿振動(dòng)明顯，加工出來(lái)的內(nèi)孔表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的振紋，同時(shí)刀尖十分容易出現(xiàn)崩刃現(xiàn)象。剛開始我們?cè)囍倪M(jìn)切削參數(shù)，發(fā)現(xiàn)即使改變了轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和吃刀量，也達(dá)不到我們想要的效果，車削中始終存在振動(dòng)嚴(yán)重的問題，加工出來(lái)的表面光潔度差，且易崩刃。

經(jīng)分析我們認(rèn)為，出現(xiàn)上述問題的主要原因是車削加工時(shí)剛性不足。

首先是被加工件裝夾剛性差：由于該產(chǎn)品的外圓為φ145 mm，我們剛開始試制時(shí)采用的卡盤不能直接將產(chǎn)品放入，裝夾時(shí)只是夾住了活塞銷的尾部，活塞銷的大部分懸在卡盤之外。為解決產(chǎn)品裝夾時(shí)的剛性不足，我們換成更大的卡盤，將產(chǎn)品整個(gè)放入卡盤孔內(nèi)，這樣夾持部位就在產(chǎn)品的中部，同時(shí)卡盤的卡爪更長(zhǎng)、強(qiáng)度更高，極大提高了產(chǎn)品裝夾的剛性。

其次是刀桿的剛性不足：試制剛開始的刀桿我們采用的是普通材料，為提高刀桿的剛性，解決車削加工中刀桿發(fā)振的問題，我們決定選用硬質(zhì)合金刀桿，硬質(zhì)合金刀桿相對(duì)于普通刀桿具有剛性好，強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，可明顯地提高加工中刀桿的剛度；但硬質(zhì)合金刀桿的脆性較普通材料刀桿高，因此在使用中需要盡可能地減少振動(dòng)。

通過以上兩方面的改進(jìn)，同時(shí)我們使用了機(jī)床精度和強(qiáng)度較好的CK7163數(shù)控車床進(jìn)行加工，較好地解決了剛性不足造成刀桿發(fā)振現(xiàn)象，以下是最終方案的具體細(xì)節(jié)說(shuō)明：

1）使用CK7163數(shù)控車床，相對(duì)于普通車床C620該機(jī)床的剛性和主軸精度更高，加工中工件回轉(zhuǎn)更平穩(wěn)；

2）使用φ32整體硬質(zhì)合金刀桿，強(qiáng)度和剛度好，消除了因刀桿懸長(zhǎng)過大引起剛度差的問題；

3）使用CBN刀片一次車成形，大大提高了加工效率，平均每件所需的加工時(shí)間約為10 min；

4）夾持部位選擇在工件中部，減小了工件懸長(zhǎng)，增加了工件的裝夾強(qiáng)度；

5）切削參數(shù)選擇：CBN刀具的耐熱性好，在切削溫度較高時(shí)，會(huì)使被加工材料軟化，與刀具間硬度差增大，有利于切削加工進(jìn)行。因此切削速度應(yīng)選擇較高一些，在實(shí)際生產(chǎn)中我們使用轉(zhuǎn)速為800 r/min，進(jìn)給量為0.15 mm/r，吃刀量為0.3 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

本例中的使用CBN刀片和硬質(zhì)合金刀桿加工活塞銷的φ40內(nèi)孔，相比磨削效率高、節(jié)省能源；加工過程中不使用切削液，不會(huì)因切削液而污染環(huán)境和危害操作者身體健康，綠色環(huán)保；一次裝夾成活，避免因加工中兩頭接刀產(chǎn)生活塞銷斷裂隱患，提高了活塞銷的可靠性。

［1］ 佚名.PCBN－面向21世紀(jì)的性能目標(biāo)（上）［J］.現(xiàn)代制造工程，2002（4）：49-50.

［2］ 佚名.PCBN－面向21世紀(jì)的性能目標(biāo)（下）［J］.現(xiàn)代制造工程，2002（5）：33-34.

［3］ 侯世香，高開運(yùn)，劉獻(xiàn)禮，等.PCBN刀具的特點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用［J］.現(xiàn)代制造工程，2002（5）：28-31.

［4］ 陳宏鈞.實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.（編輯立 明）