中速柴油機(jī)連桿深油孔加工

01序言連桿是柴油機(jī)上的重要部件，它連接著活塞和曲軸，作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把活塞上的力傳遞給曲軸以輸出功率。連桿在一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作，它既受交變的拉壓應(yīng)力，又受彎曲應(yīng)力。連桿的工作條件要求其具有較高的強(qiáng)度和抗疲勞性能。而在高強(qiáng)度的工作中，潤(rùn)滑系統(tǒng)的好壞直接影響到柴油機(jī)的使用壽命，因此連桿上的深油孔加工質(zhì)量決定了其最終的潤(rùn)滑效果。由于此孔為細(xì)長(zhǎng)孔，屬深孔加工范疇，所以機(jī)械加工難度較大。圖1柴油機(jī)連桿及其深油孔加工尺寸要求現(xiàn)代某型船用柴油機(jī)連桿及其深油孔加工尺寸要求如圖1所示，與以往加工的連桿有很大差別：一是尺寸超過以往的產(chǎn)品，也是我公司連桿產(chǎn)品加工的最大極限；二是材質(zhì)為45鋼，而且起潤(rùn)滑作用的連桿深油孔尺寸為φ20.8mm×770mm，深度與直徑比為37，屬于細(xì)長(zhǎng)孔。為了保證此孔的加工精度，采用TBT深孔加工中心進(jìn)行加工，通過采取多種措施，解決了深孔加工容易打刀、工件安裝困難及原材料浪費(fèi)等問題，很好地保證了深孔的加工精度，為此種新產(chǎn)品的批量投產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。02連桿夾具設(shè)計(jì)連桿主要由大小端孔和桿身組成，形狀特點(diǎn)為兩頭尺寸大、中間細(xì)長(zhǎng)。據(jù)此確定夾具方案如下：側(cè)定位采用三點(diǎn)定位，底定位以定位塊的高度差來(lái)保證大小端平面的水平，確保加工時(shí)大小端孔軸線與大小端平面的垂直度。在小端兩個(gè)側(cè)定位的對(duì)面加一個(gè)可調(diào)的頂緊螺栓，裝卸工件后將其擰緊，限制連桿在夾具內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，裝卸工件定位準(zhǔn)確而且快捷方便。尤其是小端孔側(cè)定位，既要做到定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定，又要避開深油孔加工時(shí)的入刀而不會(huì)產(chǎn)生干涉。連桿專用夾具如圖2所示。壓緊采用的是鉤形壓板，在大端孔底定位的上面分別對(duì)應(yīng)壓兩點(diǎn)，小端孔壓一點(diǎn)，保證加工的壓緊要求。圖2連桿專用夾具1—柴油機(jī)連桿體2—可調(diào)節(jié)側(cè)頂3—側(cè)定位柱4—壓緊壓板5—夾具底板03深油孔加工存在的問題3.1深油孔加工通過連桿小端孔時(shí)存在的問題圖3槍鉆結(jié)構(gòu)圖4槍鉆實(shí)物圖5連桿小端孔和深孔位置深油孔采用槍鉆加工，目前是使用比較廣泛且效果非常好的加工方式。槍鉆的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了在加工時(shí)必須有導(dǎo)向孔才能完成加工。槍鉆結(jié)構(gòu)如圖3所示，實(shí)物如圖４所示。連桿小端孔和深孔位置如圖5所示。連桿小端中心為一個(gè)φ152mm孔，當(dāng)用導(dǎo)向套完成入刀加工時(shí)，在通過小端孔時(shí)會(huì)因?yàn)闆]有定位孔而無(wú)法完成鉆削工作?？刹扇∫韵麓胧┘右越鉀Q：①在毛坯鍛造時(shí)，把小端中心孔做成實(shí)心的，加工完深油孔后再加工小端孔。②小端孔中心放鉆模套。③小端孔中心加填料。這里著重考慮第②和第③種方法。3.2連桿小端孔放鉆模套工序存在的問題1）鉆孔時(shí)，在鉆床上多采用鉆模套的方式來(lái)完成定位，其定位方式是靠人工移動(dòng)主軸到鉆模位置，這樣才能夠做到主軸的軸心與鉆模同心。2）加工中心的定位完全是靠各軸電動(dòng)機(jī)移動(dòng)各軸到指定位置。在加工中心上采用鉆模這種方式，需要在程序里設(shè)置各軸到達(dá)鉆模套的固定位置，如果有一個(gè)軸的檢測(cè)精度降低，則會(huì)導(dǎo)致實(shí)際定位位置與鉆模的固定位置不同心。3）鉆模套一般都是由工具鋼加工后淬火完成，硬度可達(dá)55～60HRC，會(huì)加快刀具的磨損，造成加工的深孔出現(xiàn)偏斜，不符合設(shè)計(jì)要求。4）要保證鉆模套在連桿小端孔有一個(gè)固定的位置，且鉆模套的兩端與連桿小端孔內(nèi)壁間隙不能超過0.25mm。如果裝夾時(shí)間隙太小，則會(huì)給操作人員帶來(lái)非常大的困難，還會(huì)因?yàn)檠b夾的碰撞而造成夾具精度降低。3.3連桿小端孔加填料存在原材料浪費(fèi)問題采用45鋼按工藝要求加工成φ151.5mm×30mm的圓柱形填料，直徑尺寸比連桿小端孔直徑尺寸小0.5mm，人為地把小端孔填上，相當(dāng)于在槍鉆通過此位置時(shí)的小孔是實(shí)心的。其優(yōu)點(diǎn)是可以保證加工質(zhì)量，缺點(diǎn)是浪費(fèi)，每加工一個(gè)工件就需要換一塊填料，一塊填料的加工制造成本約95元。04通過連桿小端定位加填料方式解決問題采用鉆模套定位和填料相結(jié)合的方式，在小端孔內(nèi)設(shè)計(jì)定位裝置，填料安裝在定位裝置上，保證填料的安裝快速準(zhǔn)確，做到填料的重復(fù)利用。圖6定位填料底座及填料（1）定位裝置的設(shè)計(jì)在連桿小端孔內(nèi)設(shè)計(jì)有準(zhǔn)確位置的定位裝置，安裝在夾具上后，既要定位準(zhǔn)確，還要便于裝卸工件。按計(jì)算高度設(shè)計(jì)3個(gè)定位支撐柱，并在夾具底板上加工3個(gè)同樣的定位孔，定位柱與定位孔為間隙配合，范圍在φ0.02mm內(nèi)。再設(shè)計(jì)一塊填料的底座，同樣在填料底座下面要加工3個(gè)定位孔，這3個(gè)定位孔位置與底板的3個(gè)定位孔對(duì)應(yīng)。在填料底座的上面加工用于安裝填料的定位槽，保證定位準(zhǔn)確和拆卸方便，填料底座的定位槽與填料間隙在0.01～0.03mm，通過定位柱把填料的底座與夾具底板有效聯(lián)接。定位填料底座及填料如圖6所示。（2）工件和填料的裝夾裝夾工件時(shí)，要將工件各定位面清潔干凈。用平衡吊吊運(yùn)工件到夾具上，并且讓填料底座通過連桿小端孔。具體操作步驟：①連桿體放入夾具后，先用兩手分別握住連桿的大小端，向夾具的3個(gè)定位柱緊密推靠。②先后輕輕壓下小端和大端孔的壓板，再用0.02mm的塞尺檢查各定位接觸面之間的貼合狀況，如測(cè)得無(wú)空隙，再分別壓緊大、小端的壓板。此時(shí)，工件連桿通過高精度的夾具處于高精度的定位待加工狀態(tài)。③把填料通過連桿小端孔放入到填料底座的定位槽中并[2]。05采用合理的切削參數(shù)及切削液5.1確定切削參數(shù)在實(shí)際操作中，選擇合適的切削參數(shù)對(duì)刀具的使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量非常重要。如果切削參數(shù)選擇得不合適，就會(huì)造成槍鉆刀具崩刃和加工負(fù)載不穩(wěn)定，甚至使加工好的工件整個(gè)孔線都出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象。有案例實(shí)測(cè)偏斜達(dá)1～2mm。加工此深油孔的槍鉆長(zhǎng)度為1300mm，理論線速度為80m/min。由線速度vc＝πnd/1000，可得轉(zhuǎn)速n＝1000vc/πd＝80×1000/（3.14×20.8）≈1225（r/min）。進(jìn)給速度vf＝nfn＝1225×0.03≈37（mm/min）。依據(jù)理論切削參數(shù)，再分別下調(diào)10%、5%和上浮5%、10%，即共采用5組切削參數(shù)進(jìn)行加工試驗(yàn)，每組加工至需要更換槍鉆為止。5組數(shù)據(jù)和更換槍鉆情況如下。1）第1組：n＝1225－1225×10%≈1103（r/min），vf＝37－37×10%≈33（mm/min），每根連桿深孔加工時(shí)間為771mm÷33mm/min≈23min。采用此組切削參數(shù)加工7根連桿深孔時(shí)需要更換槍鉆。2）第2組：n＝1225－1225×5%≈1164（r/min），vf＝37－37×5%≈35（mm/min），每根連桿深孔加工時(shí)間為771mm÷35mm/min≈22min。采用此組切削參數(shù)加工7根連桿深孔時(shí)需要更換槍鉆。3）第3組：n＝1225r/min，vf＝37mm/min，每根連桿深孔加工時(shí)間為771mm÷37mm/min≈21min。采用此組切削參數(shù)加工8根連桿深孔時(shí)需要更換槍鉆。4）第4組：n＝1225＋1225×5%≈1286（r/min），vf＝37＋37×5%≈39（mm/min），每根連桿深孔加工時(shí)間為771mm÷39mm/min≈20min。采用此組切削參數(shù)加工9根連桿深孔時(shí)需要更換槍鉆。5）第5組：n＝1225＋1225×10%≈1348（r/min），vf＝37＋37×10%≈41（mm/min），每根連桿深孔加工時(shí)間為771mm÷41mm/min≈19min。采用此組切削參數(shù)加工12根連桿深孔時(shí)需要更換槍鉆。結(jié)合生產(chǎn)效率與刀具損耗比較，第5組數(shù)據(jù)最理想，確定采用第5組切削參數(shù)，實(shí)際應(yīng)用證明切削狀態(tài)穩(wěn)定可靠。5.2選用切削液深油孔的加工選用具有良好油性、抗極壓和抗磨的凱利404M-10金屬加工專用切削液，由高度精煉的礦物油及添加劑調(diào)配而成。添加劑組分中油性、抗磨和極壓添加劑的良好配合，使其具有良好的負(fù)荷能力，在延長(zhǎng)刀具使用壽命的同時(shí)保證了工件的加工質(zhì)量。同時(shí)，高效的抗油霧添加劑減少了油霧的產(chǎn)生，正常條件下使用不會(huì)成為健康安全危險(xiǎn)源。經(jīng)長(zhǎng)期使用，證明該油品適合于深孔鉆和磨削加工，特別適合于單唇鉆頭的深孔加工。其外觀為黃色，室溫下為液體；有礦物油氣味；pH值無(wú)參考數(shù)據(jù)；沸點(diǎn)＞280℃（估計(jì)值）；閃點(diǎn)接近于148℃；運(yùn)動(dòng)黏度（40℃）為10mm2/s；密度（20℃）為870kg/m3。06完成加工卸下填料和工件加工完成后，先把填料取出，填料與小端孔的間隙為0.10～0.25mm。如果在不先取出填料的情況下起吊連桿體，填料的存在會(huì)對(duì)卸下工件造成困難。①填料底座與小端孔的間隙為10mm，對(duì)裝卸工件有足夠大的間隙，把填料拿出來(lái)即可。填料底座還固定在原位置。此種方式裝卸工件不會(huì)出現(xiàn)任何碰撞等問題。②此填料在下一個(gè)連桿體的深油孔加工中繼續(xù)使用，因?yàn)橛刑盍系鬃木_定位，所以位置不會(huì)發(fā)生變化。③填料的中心孔已經(jīng)加工過，可以直接作為鉆模套使用，與單純的工具鋼淬火后的鉆模套相比，其優(yōu)點(diǎn)是即使設(shè)備位置出現(xiàn)些許偏差，也不會(huì)出現(xiàn)主軸孔與填料的鉆?？撞煌亩斐傻毒邠p壞的現(xiàn)象。45鋼調(diào)質(zhì)后的硬度為240～280HBW，以槍鉆的硬度來(lái)說(shuō)，不會(huì)造成損壞。④槍鉆是隨導(dǎo)向孔定位加工的，對(duì)于微小的偏差，槍鉆