粗加工對(duì)于加工過程以及工件的加工質(zhì)量有著重要的影響。在發(fā)動(dòng)機(jī)座圈孔面的加工中，由于粗加工刀具的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了更好的產(chǎn)品質(zhì)量。

    在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的座圈加工中，通常的加工工藝為：粗加工座圈底孔、精加工座圈底孔、壓裝座圈、粗加工座圈密封面和精加工座圈密封面。在整個(gè)加工過程中，每一個(gè)工步都是重要的環(huán)節(jié)。因?yàn)椋�加工好一個(gè)優(yōu)質(zhì)的座圈導(dǎo)管，是發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋加工的關(guān)鍵。

    實(shí)際加工中，刀具的合理匹配和使用，以及精加工座圈的刀具的使用是必須重視的。以粗加工刀具為例，由于座圈的材料差異性，會(huì)直接影響到最終加工狀況的差異性。故選擇合理的粗加工刀具就可為接下來的最終加工創(chuàng)造條件，反之，則直接影響到最終加工的質(zhì)量。因此，合理使用粗加工刀具的相關(guān)參數(shù)，選擇合適的粗加工刀具，是我們必須注意的地方。

缺陷的產(chǎn)生

    以某排量發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸座圈加工為例。為了進(jìn)一步提升發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，我廠對(duì)進(jìn)氣座圈的材料進(jìn)行了調(diào)整，主要是增加了該種材料的表面硬度。但在隨后的試切加工中，發(fā)現(xiàn)原來正常使用的刀具在加工了30～50件安裝了新座圈的工件后，座圈密封面上的60°面出現(xiàn)了爆口現(xiàn)象（圖1），刀具的使用壽命僅達(dá)到其先前實(shí)際壽命的15%。經(jīng)過技術(shù)人員對(duì)所有進(jìn)氣座圈邊緣有爆口的工件進(jìn)行目檢，我們發(fā)現(xiàn)缸蓋的8個(gè)進(jìn)氣座圈中，不是所有的座圈都有爆口現(xiàn)象，有的是1個(gè)座圈邊緣有1～3個(gè)爆口，有的是2～3個(gè)座圈上，在邊緣出現(xiàn)1～3個(gè)爆口。

圖1 座圈面上的缺陷

問題分析

    根據(jù)加工過程中出現(xiàn)邊緣崩口的現(xiàn)象，我們從下面幾個(gè)方面來分析：

1.失效分析

    圖1所示的加工缺陷，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過程中，出現(xiàn)積碳、泄漏、燃油燃燒不充分、功率下降及冒黑煙等嚴(yán)重問題。因此，該類缺陷必須徹底予以解決。

2.座圈材料成分

    表中所示為座圈的材料成分，可以看出鉻、鉬和鈷的含量增加，直接增加了加工的難度（硬度值對(duì)照：222HV＝95HRB，372HV＝110HRB)。新舊座圈的硬度差異性很明顯，因此綜合起來比較，對(duì)加工刀具的要求有一定的提高。

3.表象分析

    根據(jù)目檢加工出現(xiàn)缺陷的座圈，我們發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生爆口的進(jìn)氣座圈均是在壓裝后，座圈端面比座圈底孔加工孔口面略微高出一點(diǎn)。

4.加工工藝分析

    該發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋，共有8個(gè)進(jìn)氣座圈，8個(gè)排氣座圈，其座圈加工分粗、精加工來完成。

    當(dāng)座圈壓入后，首先由硬質(zhì)合金刀片承擔(dān)座圈44.7°面的粗加工（圖2），該工步將精加工的60°面、44.7°面和30°斜面均先加工成44.7°斜面；接著再由刀具材質(zhì)為CBN的刀具承擔(dān)60°面、44.7°面和30°面的精加工（圖3），且粗加工與精加工是在同一臺(tái)機(jī)床上完成，即一次裝夾完成座圈的粗、精加工內(nèi)容。按上述的加工工藝，在平時(shí)的實(shí)際生產(chǎn)中，工件質(zhì)量與刀具壽命均符合設(shè)定的技術(shù)要求（粗加工的硬質(zhì)合金刀具壽命340件，精加工的CBN刀具壽命340件）。

圖2 完成座圈44.7°面的粗加工

圖3 精加工其余加工面

解決過程

    解決問題，一般應(yīng)遵循以下原則：選擇順序由簡(jiǎn)單到復(fù)雜；由可能的主要方向到一般分析的可能原因；由高概率出現(xiàn)到低頻率的可能。

1.調(diào)整配合高度加以驗(yàn)證

    根據(jù)以上分析，我們首先從座圈壓裝以后的配合高度來驗(yàn)證。這種細(xì)小的落差是否會(huì)影響到加工中出現(xiàn)的爆口缺陷。選擇理由：由于座圈的表面硬度比原先的硬度高，因此也就增加了其脆性度，而且座圈端面又略高于底孔孔口，在刀具的擠壓下，座圈側(cè)面沒有阻力就容易產(chǎn)生爆口。

    根據(jù)這種假設(shè)，在不超差的前提下，盡量增加座圈底孔的加工深度，使壓入的座圈基本上低于座圈底孔的孔口表面。

    利用原先的刀具進(jìn)行加工驗(yàn)證，結(jié)果：試切10件，10件工件均未發(fā)生爆口現(xiàn)象。基于狀況大有改善，再盡可能加深底孔，讓壓入的座圈基本低于毛坯的情況下來驗(yàn)證加工。先用原來的CBN刀具FT01（新刀片）進(jìn)行試驗(yàn)，在加工到50件后又發(fā)現(xiàn)了爆口現(xiàn)象，說明此座圈與底孔的配合落差不是直接原因。

2.調(diào)整參數(shù)

    切削參數(shù)的調(diào)整是解決問題過程中比較方便的手段。通過降低精加工刀具的切削力，來改變這種狀態(tài)。針對(duì)不同的刀具，用不同的加工參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。如對(duì)材質(zhì)為FT05的CBN刀具，將原來0.09mm/r降低到0.07mm/r，狀態(tài)仍未改變，后又調(diào)整到0.06mm/r、0.05mm/r，甚至調(diào)整到0.04mm/r，爆口情況仍有發(fā)生。所以，進(jìn)給量的調(diào)整沒有效果。

    接下來選擇精加工刀片材料的變化和切削角度的改變來試驗(yàn)解決這個(gè)崩口問題。更換預(yù)先準(zhǔn)備的各種不同材質(zhì)和不同后角的刀具，均未取得預(yù)期的效果。有的僅加工1～2件就有爆口，有的加工10件就有爆口。因此試圖通過改變現(xiàn)有精加工刀具材料是無法消除爆口狀況的。

3.粗加工參數(shù)調(diào)整

    重新審核加工過程中的各種工藝、刀具，假如粗加工的硬質(zhì)合金刀片在加工較硬材料時(shí)，發(fā)生了比原先更快的磨損，這時(shí)候，刀具的鈍化直接加劇對(duì)座圈產(chǎn)生擠壓而出現(xiàn)爆口。盡管粗加工是44.7°面，但由于粗加工是將整個(gè)座圈都加工成44.7°的，60°面是在44.7°面的基礎(chǔ)上進(jìn)行的精加工，如果在加工44.7°面時(shí)就已經(jīng)產(chǎn)生了爆口，而60°面的精加工若不能把爆口完全切削掉，即最后60°面會(huì)產(chǎn)生爆口現(xiàn)象。

    根據(jù)這種分析進(jìn)行了第3次試切加工，仍使用原有的刀具和切削參數(shù)，當(dāng)粗加工刀具切削到40件、50件和60件時(shí)，分別進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)基本上到50～60件時(shí)，粗加工的刀具磨損情況已較為嚴(yán)重，于是把粗加工的硬質(zhì)合金刀具壽命設(shè)為60件，再進(jìn)行試驗(yàn)，期間未發(fā)生爆口的情況。

解決方案

    試驗(yàn)結(jié)果告訴我們，原先使用的刀具產(chǎn)品無法滿足使用壽命要求，必須更換或者重新選擇粗加工的刀具材料。刃口鋒利的硬質(zhì)合金刀具，在加工較軟材料時(shí)，有其優(yōu)勢(shì)，因此刀具使用壽命也比較高。但鋒利刃口在加工比較硬的材料時(shí)，其刃口磨損加快，容易造成對(duì)加工面的擠壓，直致出現(xiàn)邊緣崩口。因此，解決問題的思路調(diào)整為：增加刀片表面的耐磨性；微鈍處理刀片的主切削刃刃口，減少初始磨損的加快程度。

    目前可選擇的解決辦法，就是調(diào)整刀具材質(zhì)，以降低磨損的速度，從而提高刀具的使用壽命。把粗加工的刀具材質(zhì)從原來的硬質(zhì)合金改為涂層硬質(zhì)合金刀片，選擇微鈍刃口的主切削刃，如涂層為TiAlN的硬質(zhì)合金刀片�；謴�(fù)座圈底孔的深度，調(diào)整其到中間值，再進(jìn)行試驗(yàn)，得到了非常好的效果，在座圈密封面未發(fā)生爆口前的刀具壽命在600件左右，使用壽命大大提高。

結(jié)語

    一般的機(jī)械加工中，我們通常不太注意粗加工刀具的加工情況，認(rèn)為粗加工僅僅是為了減少精加工的加工余量，是為了精加工的加工質(zhì)量而進(jìn)行的預(yù)加工，而精加工刀具才是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，在實(shí)際使用時(shí)，較為注重精加工的狀況，而忽視粗加工的加工狀況。

    從上述案例中可以看到，粗加工的好壞對(duì)精加工起了較為關(guān)鍵的作用，因此，“粗”并不是不要關(guān)注，加工的前后狀況往往直接影響到最終的質(zhì)量。粗加工刀具的選擇是否合適，在機(jī)加工過程中也應(yīng)引起足夠的關(guān)注。