汽車的制造中，發(fā)動(dòng)機(jī)是最關(guān)鍵最核心的部件，俗稱汽車的“心臟”。它是一輛汽車中最為復(fù)雜和最能體現(xiàn)制造技術(shù)的部分，而氣缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的主體，它將各個(gè)氣缸和曲軸箱連成一體，是安裝活塞、曲軸以及其他零部件的支承骨架，同時(shí)氣缸體內(nèi)部集成了發(fā)動(dòng)機(jī)中大部分油道。油道主要作用是供高壓潤滑的機(jī)油通過，柴油機(jī)油道壓力通常在290kPa以上，油道一旦泄漏，將導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。在制造中，油道的密封性能必須得到保證。
問題提出
我司引進(jìn)美國福特汽車的PUMA發(fā)動(dòng)機(jī)，并建造了自己的缸體、缸蓋、曲軸及連桿的機(jī)加工生產(chǎn)線和整機(jī)裝配線。生產(chǎn)線設(shè)計(jì)產(chǎn)能10.3萬臺(tái)/年，其中缸體生產(chǎn)線孔類加工全部使用德國雙交換托盤臥加工中心。發(fā)動(dòng)機(jī)投產(chǎn)三年后，售后先后反饋有500km新車發(fā)動(dòng)機(jī)漏油。仔細(xì)查看漏油部位，主要是從發(fā)動(dòng)機(jī)缸體后端面主油道孔口滲出，孔口密封方式為抽芯鉚釘。進(jìn)一步拆除抽芯鉚釘查看失效原因 ，發(fā)現(xiàn)主油道孔內(nèi)有明顯的螺旋狀刀紋（圖1 ），刀紋用指甲觸碰有所感知。同時(shí)，拆除一臺(tái)不滲油的缸體，孔內(nèi)部無異常刀紋。查找投產(chǎn)前三年記錄，無發(fā)動(dòng)機(jī)油道漏油反饋，查找投產(chǎn)時(shí)封存的樣件，無刀紋問題。
圖1 主油道孔內(nèi)螺旋狀刀紋
初步原因分析
針對(duì)主油道孔內(nèi)螺旋狀刀紋產(chǎn)生的原因，我們首先對(duì)加工工藝進(jìn)行梳理：根據(jù)主油道孔的產(chǎn)品圖紙（圖2），得知主油道孔總深度427mm，孔徑φ16(-0.16，+0.32)mm，孔內(nèi)粗糙度Ra6.3mm。根據(jù)主油道引導(dǎo)孔直槽鉆圖紙（圖3），得知刀具直徑是φ16.18 mm(H7)。根據(jù)深孔麻花鈷圖紙（圖4），得知刀具直徑是￠16.15mm（H7）。
圖2 主油道孔的產(chǎn)品圖紙
圖3 主油道引導(dǎo)孔直槽鉆圖紙
圖4 深孔麻花鉆圖紙
加工順序：首先引導(dǎo)孔直槽鉆在后端面和前端面分別鉆孔，深度分別是110mm和118 mm；第二步是麻花鉆在前端面鉆孔深度190mm，然后在后端面鉆孔深度250mm，鉆通主油道孔。加工完成后以F5000的速度進(jìn)行退刀。
初步原因:通過對(duì)直槽鉆加工后暫停加工，我們發(fā)現(xiàn)直槽鉆加工完后孔內(nèi)光滑無刀紋，再繼續(xù)使用麻花鉆加工，刀紋出現(xiàn)，螺旋刀紋的間距和退刀速度匹配。初步確定刀紋的產(chǎn)生是由麻花鉆退刀導(dǎo)致，同一臺(tái)機(jī)床螺旋刀紋時(shí)有時(shí)無。
根本原因分析
經(jīng)過判斷，我們確定螺旋刀紋是深孔麻花鉆退刀時(shí)造成的，對(duì)于造成深孔麻花鉆退刀紋產(chǎn)生的原因，我們從以下方面進(jìn)行分析：
工件：測量有刀紋和無刀紋工件定位面和定位孔，尺寸合格、外形相同，無其他干涉造成影響；測量工件硬度分別為208HB和210HB，符合圖紙要求的187~241HB要求；工件成分組織測量無異常。通過以上判斷，初步可排除工件原因?qū)е峦说都y。
夾具：檢查雙托盤夾具壓塊鎖緊螺母，擰緊正常;檢查機(jī)床自動(dòng)夾緊狀態(tài)下的壓頭和壓塊，無松動(dòng)；夾具定位銷直徑和定位面測量正常；夾緊狀態(tài)下表顯托盤夾緊壓力為240bar(1bar=105Pa)， 在要求的210~260bar范圍內(nèi)。通過以上判斷，初步可排除夾具原因?qū)?致退刀紋。
刀具：實(shí)測引導(dǎo)直槽鉆直徑為φ16.17mm，符合φ16.18mm(H7) 要求；實(shí)測深孔麻花鉆直徑為φ16.13mm，符合φ16.15mm(H7) 要求；實(shí)測深孔麻花鉆徑向圓跳動(dòng)0.007mm，符合要求；引導(dǎo)鉆和 深孔麻花鉆之間設(shè)計(jì)預(yù)留的間隙為0.04mm，符合間隙要求;
機(jī)床：使用激光干涉檢測儀對(duì)機(jī)床重復(fù)定位精度進(jìn)行檢測，實(shí)測為0.0029mm，符合0.005mm 以內(nèi)要求；架表實(shí)測機(jī)床主軸徑向近端圓跳動(dòng)為0.008mm，遠(yuǎn)端為0.021mm；側(cè)母線為0.014mm，符合要求。觀察機(jī)床換刀過程，確認(rèn)深孔麻花鉆刀柄與主軸結(jié)合無夾雜鐵屑等臟物，機(jī)床主軸換刀吹氣功能 正常;在液壓站出口處連接壓力表，監(jiān)測液壓站輸出壓力穩(wěn)定。
程序：深孔麻花鉆快進(jìn)轉(zhuǎn)攻進(jìn)時(shí)安全距離預(yù)留為3mm，實(shí)測為3mm正常；深孔麻花鉆快退速度為F5000；嘗試更換以F2000快退速度并試加工，刀紋變得更加密集，波紋之間間距變小。
根據(jù)以上驗(yàn)證，加上新引導(dǎo)孔麻花鉆和深孔鉆頭累計(jì)修磨使用壽命是15~20次。綜合判斷: 刀具修磨質(zhì)量、直徑、跳動(dòng)和機(jī)床主軸跳動(dòng)等綜合原因最終導(dǎo)致螺旋刀紋的偶發(fā)性出現(xiàn)。
解決方法
1.方案一
目前使用的引導(dǎo)鉆和深孔鉆都是修磨刀具，把引導(dǎo)鉆和深孔鉆更換成新刀(未修磨)并加工 驗(yàn)證，共加工10件，出現(xiàn)1件刀紋工件，增加引導(dǎo)孔和深孔鉆 之間鉆孔間隙，為驗(yàn)證間隙對(duì)刀紋的影響，人為把麻花鉆的直徑修磨至φ16.05mm，引導(dǎo)鉆直徑保持不變，引導(dǎo)鉆和深孔麻花鉆之間間隙提高至0.12mm。把修磨后的深孔麻花鉆用機(jī)床進(jìn)行加工驗(yàn)證。共加工10件工件，出現(xiàn)2件螺旋刀紋工件。
2. 方案二
把后端面引導(dǎo)孔深度從110mm分別降低至70mm和50mm，同時(shí)把深孔麻花鉆的攻進(jìn)位置縮短70mm和50mm，與引導(dǎo)孔深度相匹配。在其他條件未改變情況下進(jìn)行加工驗(yàn)證， 兩種距離各加工10件工件，分別出現(xiàn)4件和3件螺旋刀紋，此方案無法消除刀紋。
3. 方案三
在按現(xiàn)有工藝方案引導(dǎo)鉆和深孔麻花鉆加工完成的基礎(chǔ)上，在后端面主油道孔孔口增加一把鉸刀進(jìn)行鉸削，鉸削深度與抽芯 鉚釘相匹配。
根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方確認(rèn)，抽芯鉚釘不能進(jìn)行直徑更改，故要預(yù)留鉸削余量必須對(duì)孔口的直徑 進(jìn)行縮小。在保留孔口直徑匹配 抽芯鉚釘不變的情況下，需對(duì)引導(dǎo)孔和深孔麻花鉆的刀具進(jìn)行變更。經(jīng)過和刀具工程師、產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師確認(rèn)，引導(dǎo)直槽鉆直徑從φ16.18mm(H7)改為φ15.73mm(H7)，深孔麻花鉆直徑從φ16.15mm(H7)改為φ5.7mm(H7)，鉸刀直徑設(shè)計(jì)為φ16.2mm，鉸削長度為15mm。改進(jìn)后的直槽鉆、麻花鉆、鉸刀裝用機(jī)床進(jìn)行鉸削加工實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)共加工58件，未發(fā)現(xiàn)異常螺旋刀紋工件。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，改進(jìn)后孔徑的能力數(shù)據(jù)，改進(jìn)前后的主油道孔孔內(nèi)照片如圖5所示。通過在麻花鉆后增加鉸刀的加工方式，問題得到解決。
圖5 改進(jìn)前后的主油道孔孔內(nèi)照片
總結(jié)
綜上所述，本文通過工件、夾具、刀具、機(jī)床及程序等因素進(jìn)行單個(gè)分析確認(rèn)，最終發(fā)現(xiàn)各因子之間按照對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)并無明顯的異常。在所有因子中，刀具因素產(chǎn)生的影響最為突出，主機(jī)廠鉆頭類如麻花鉆和深孔鉆頭等累計(jì)循環(huán)修磨使用15~20次才達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。綜合判斷：刀具修磨質(zhì)量，刀具直徑、跳動(dòng)和機(jī)床主軸跳動(dòng)等綜合原因最終導(dǎo)致螺旋刀紋的偶發(fā)性出現(xiàn)。我們在不影響質(zhì)量和不增加其他隱患的前提下，通過增加鉸刀加工消除此問題。
（轉(zhuǎn)載）
