深孔及超深孔加工工艺开发与推广应用

高琦

摘   要：箱体类零件的深孔及超深孔加工一直是我公司机械加工工序的重点和难点，其加工精度直接影响发动机整体质量，且其加工时间的长短，直接影响整个公司生产节奏;并且直接影响整个公司的成本构成，本文提出以设计的铲钻刀具配以辅助排屑冷却工装并通过工艺试验验证了机体的深孔及超深孔加工工艺。解决了箱体类零件的深孔及超深孔加工问题，减少了设备投入成本，提高了加工效率。

关键词：深孔加工  铲钻  推广应用

中图分类号：TG76                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）06（a）-0101-03

1  深孔及超深孔加工现状

长期以来，各种机体的缸头螺栓孔、主轴螺栓孔、横拉螺孔的加工过程，由于机体铸造时组织的不均匀，气孔、夹砂等问题，钻头的磨损非常快，当遇到气孔、夹砂钻头开始偏离中心，导致孔钻偏，加工完的孔质量难以保证，一直是机体加工中的一个难题。更有甚者，如机体的主油道，一直是以铸造成型的，孔内很容易有砂眼和铁包砂现象，加之主油道孔长度很长，部分机型长接近4米，内部孔壁上砂粒难以清理干净，机体使用一段时间后，内腔表面的铁皮脱落，夹杂在铁皮下的型砂流入机体内部，这样装机后往往机油系统会混入砂粒，加剧发动机各部分零件的磨损，对机体的性能影响巨大。为提高机体的缸头螺栓孔、主轴螺栓孔、横拉螺孔及超深孔加工质量，提高本企业在行业内的加工水平，将机体类产品的质量提升一个档次，进而提升柴油机的制造水平和能力。选择新的加工工艺方法及设备势在必行。

但我们公司现有设备不能够满足加工要求，要用专业的设备或专用刀具才能达到加工要求，经过考察加工此类孔的专用设备，价格大约在500万之上，制作设备的周期在一年以上，且制造厂家少，所以我们考虑现有加工设备+专用刀具+冷却排屑系统改造来实现主油道等深孔加工。

2  铲钻优势

铲钻具有可更换刀片，具有麻花钻的韧性，同时又具有和枪钻、喷气钻的切削性能，其钻杆的强度比其它钻头的强度高，可针对加工材料的特性选择不同材料的刀片，特别是刀体和刀片分离，当刀片磨损后只需更换刀片而不换刀体，且刀片还可重磨，这些特点解决了机体铸造时因组织的不均匀导致孔钻偏，钻头经常坏在孔里的难题，铲钻使用内冷排屑系统更利于铁屑排出，且精度等级为H8的孔一次钻成，大大提高了加工效率，节约了成本。经过机体钻横拉孔的实验，钻孔的精度、粗糙度及加工效率都取得了好的效果。从工艺技术上为生产赢得时间，为产品带来了稳定的质量，解决了工艺难题。由于铲钻具有以上所述优势，我们设计了专用的铲钻刀具，并对其工艺性进行了验证。

3  工艺验证

在组织实施过程中，对新工艺的验证，是准确把握新工艺能在短时间内形成较大规模推广应用的关键。

（1）机体横拉孔实验：根据车间现有机体横拉孔直径及深度，选择一根直径和长度合适的钻杆，选择适应各种机体横拉孔直径的刀片，加工不同的机体横拉孔更换不同的刀片。现已普及到每台机体的横拉孔加工上。

（2）推广及应用：在钻杆上增加定位块，并将其推广到台阶深孔加工上，在钻杆上增加刀座，并将其推广到加工台阶孔和孔口倒角一次成形，典型案例是MAN系列新机型的试制和G32机体的加工。

用铲钻加工深孔，以MAN27/38为例：

MAN27/38缸头螺栓孔的总深度为643mm，与缸面的垂直度要求高（0.1/1000），加之攻丝的部位又在孔的最下端，普通的刀具和工艺（即：钻φ33通孔→扩φ42深565→扩螺纹孔部分至φ36.5→铰螺纹部分底孔至φ37→攻丝M39x2→扩φ52→孔口倒角）其中，钻底孔、扩螺纹孔、铰螺纹孔、攻丝所使用的刀具均为非标刀具，长度L>650mm，在加工过程中极易偏斜，难达到加工要求，在过去的几台试制机体中缸头螺栓孔均未达到要求。

最开始的加工方案为使用枪钻钻φ42深565，再用枪钻钻φ37深643，结果是孔的入口和出口的中心位置偏了1.5mm，此方案因未达到加工要求而放弃。

使用新的带定位块的铲钻后，加工过程为：钻φ42深150引导孔→钻φ42深565→钻φ37通孔→攻丝M39x2→扩φ52→孔口倒角），新工艺中φ42台阶孔和φ37螺纹底孔都一次钻成，使用的刀具为同一刀杆，只是刀片直径不同，且刀具上有一段120长的定位块，刀具不会因毛坯内小部分的疏松而产生偏斜，使得孔对缸面的垂直度得以保证。（此方案及刀具已经经过工艺试验并达到理想效果）

实验用刀具入如下图所示：

在此基礎上，我们再次设计了用于主油道超深孔加工的道具并在三菱机体试制中顺利完成工艺验证，12缸三菱机体主油道孔长度3380mm，直径Ф100mm，采用有效长度1700mm左右刀具，两端对接加工。

按照实际转速为123r/min（设定130r/min）实际进给为54mm/min（设定60mm/min）最佳，运动最平稳，切削稳定，单端钻孔深度1700。钻引导孔、换刀、钻单边?100孔深1700实际用时1.5h，全部钻通总共用时约3小时。整个加工过程及最终结果都好于预期，孔内表面粗糙度在Ra6.3-Ra12.5之间，中间接刀出台阶小于1mm。

成果对公司经营发展、成本控制、质量控制等方面的影响：

（1）使用铲钻后，不仅生产效率大大提高，解决生产瓶颈问题，增强了公司的竞争力，加工成本和劳动强度也降低了不少，逐渐成为这类孔加工的主流。

（2）铲钻的使用改变了横拉孔钻偏的现象，提高了产品的质量，降低了废品率。

（3）铲钻经过增加定位装置改良后，解决了新产品的深孔加工的难题，使广柴G32、MAN32/40、MAN27/38等几项新产品得以成功试制，为公司做足了技术储备。

（4） 铲钻经过进一步的改良设计，攻克了新产品MAN3240机体的H8精度的深孔的加工难题，使本车间的加工能力进一步提升，在业内得到好评。

（5）由于铲钻刀杆对应的刀片尺寸范围大，且磨损后的刀片可重磨，这使得铲钻的使用空间还将扩展，成本也会随着项目的推广普及进一步降低。

（6）铲钻的引入对工艺调整、工艺改进、质量攻关等提供了更多的工艺选择，合理组合工艺方案优化工艺起到助推作用。

4  成果发展前景、经济效益

传统加工与改进后的加工时间对比：

钻加工中常孔，以6L240机体钻横拉螺孔φ32为例，

以前：加工中心钻中心孔（10min）——加工中心钻φ30引导孔深100（30min）——钻床钻φ30通（60min）——钻床扩φ32孔（30min）   总计：130min，不计中间搬运，安装时间。粗糙度高于3.2，尺寸不均匀，偏差超过0.2，在装配过程中经常因横拉螺孔偏，螺杆装不上，有钳工用风砂轮、或再上机床纠偏，影响加工进度和造成很多实动工时产生。

现在：加工中心钻中心孔（10min）——加工中心钻φ32孔通（35min） 总计：45min  无中间过程，粗糙度低于3.2，尺寸偏差不超过0.2。

年产机体保守按250台计算：

原钻孔产生工时：130*250/60=541（h）

使用铲钻孔产生工时：45*250/60=187（h）

可以看出仅6L240机体钻横拉螺栓孔便可以节约工时354h，其间接节约的水、电、气、设备折旧等也是很可观的。

铲钻系统的引入是新工艺开发与推广应用的成果，新工艺推广实施后，对机体深孔的加工质量和加工效率产生了积极深远的影响，为今后YC320，YC210等新产品的研发、试制提供了有力的支持，对其他产品的深孔加工也有着借鉴意义，其所产生的产值是巨大的。

参考文献

[1] 刘红平.PLC在数控加工中心刀具库選择中的应用[J].装备制造技术，2007（04）：45-46.

[2] 刘红平.PLC在数控加工中心刀具库选择中的应用[J].装备制造技术，2007（04）：45-46.

[3] 史胜祥，丁胜明.发动机深孔加工技术[J].世界制造技术与装备市场，2017（02）：108-110.