数控立车加工气缸套密封槽问题分析与解决

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摘 要：本文对气缸套生产中，密封槽加工存在的振动、尺寸难以控制、表面状况不佳等问题进行分析，通过对加工系统的刀具规格和材质、切削参数进行调整，并采用变速切削的方式，消除振动，最终解决了槽加工过程中存在的问题。

关键词：密封槽；振动；振纹；变速切削；刀具

1 引言

气缸套为柴油机动力组件的重要零件之一，其质量的好坏直接影响到柴油机的油耗、寿命、排放等指标。本文以我公司与美国GE公司合作生产的气缸套为例，对该产品上密封槽加工过程中存在的难点进行分析并予以解决。

该气缸套在数控立车上完成外圆的精车，包括其中的密封槽的加工，如图1所示。

根据经验，该槽最理想的加工方法是采用成形刀片，直接进刀而得到，利用280气缸套的割槽刀做切削验证，参数如下：转速80转/分钟，进给0.15毫米/转，但我们在实际加工时，出现较明显的振动和噪声，刀片磨损严重，尺寸难以控制，不能满足图纸的技术要求，且加工表面存在振痕，振痕的存在会导致气缸套与其配合件组装之间漏水，渗入燃油中，导致柴油机故障发生。

2 问题的分析与解决

加工后的实物状况如下图2所示，根据加工过程中振动情况和加工后的表面状况，分析其原因可能存在于以下几个方面：设备刚性、工件材质与成型方法、刀片的选用、加工参数、切削振动等几个方面。

2.1 设备刚性

首先考虑到的是设备的刚性不足，为减小切削力，降低机床载荷，将成形刀片更换为5mm宽的割槽刀，并对加工参数作适当调整，但振动仍然存在，加工表面状况同样较差，没有明显改善。为了进一步求证是否是设备刚性问题，刀具更换为3mm的割槽刀片再次试切，加工状况明显好转，刀具切入时，没有刺耳的噪声，切削比较平稳，经调整切削参数，加工后表面的振痕明显减轻，但刀片的磨损还是较为严重。

通过该试验证明，设备刚性存在一定程度的不足，通过刀具调整弥补后，仍然存在加工表面状况不理想和刀具磨损问题。

2.2 工件材质与成型方法

接下来，开始对工件材质与成型方法与我们公司现有产品进行比较。公司原有产品为材料为合金硼铸铁，通过普通方法浇铸成型，硬度范围在HB210～250之间，而合作生产的气缸套为合金铸铁，为增加其耐磨性，添加了耐磨成分，而且该该气缸套通过离心浇铸成型，经对其硬度检测，基本都在HB300以上，另外，通过离心浇铸得到的产品，其材料的致密程度较普通浇铸高出很多，这些在一定程度上，降低了该气缸套的可加工性，特别是加工余量相对来说较大的密封槽。对于材料成分和成型方法，我们没法改变，所以只能从刀具材料的匹配上进行考虑。

2.3 刀片材质选配

在最初阶段，考虑工件为铸铁件，选用的为肯纳的材质KC5010的刀片，该材质的刀片适合与铸铁件的加工。在开始试制时，在明显切削振动和轻微切削振动时，刀片的刃口磨损都很快。根据我们选用数种材质的刀片反复切削试验，最终选定材质为KC9513的割槽刀片。经多次切削验证，该刀片的耐磨性明显高于原先采用的刀片，且加工后产品的尺寸比较稳定，因加工过程中仍然存在轻微振动，表面质量还是存在振痕。

2.4 变速切削

针对加工过程中的振动，我们对设备扩充了变速切削功能。当加工系统的参数，包括工件材料、刀片材质、转速、进给、切深，甚至装夹等确定后，整个加工系统会存在一个振动，这个是固有的，不能避免的，只是大部分情况下，该振动对加工工件的影响很小，可以忽略不计。我们在实际加工过程中，不断对切削参数进行调整，仍然存在振动，证明切削参数对振动的改善作用很小。在此情况下，考虑了变速切削。

变速切削的功能就是在加工过程中主轴转速在某个范围内不断变更，以打破整个加工系统固有的振动，当转速调整至某个范围内时，系统的振动会明显减弱，从而提高工件加工的表面质量。

经过多次的试验，最终我们将变速切削过程中的转速变动范围确定在80～85转/分钟。在这种情况下，加工过程中的振动明显减弱，切削过程平稳，密封槽加工后尺寸、表面质量都符合图纸要求，如图3所示。

3 总结

综上，在设备刚性不足的条件下，通过对加工系统的刀具规格和材质、切削参数进行调整，并采用变速切削的方式，消除振动，最终完成了该气缸套上密封槽的加工，尺寸和表面状况都能达到图纸的设计要求。