汽车的制造中，发动机是最关键最核心的部件，俗称汽车的“心脏”。它是一辆汽车中最为复杂和最能体现制造技术的部分，而气缸体是发动机的主体，它将各个气缸和曲轴箱连成一体，是安装活塞、曲轴以及其他零部件的支承骨架，同时气缸体内部集成了发动机中大部分油道。油道主要作用是供高压润滑的机油通过，柴油机油道压力通常在290kPa以上，油道一旦泄漏，将导致严重的后果。在制造中，油道的密封性能必须得到保证。
问题提出
我司引进美国福特汽车的PUMA发动机，并建造了自己的缸体、缸盖、曲轴及连杆的机加工生产线和整机装配线。生产线设计产能10.3万台/年，其中缸体生产线孔类加工全部使用德国双交换托盘卧加工中心。发动机投产三年后，售后先后反馈有500km新车发动机漏油。仔细查看漏油部位，主要是从发动机缸体后端面主油道孔口渗出，孔口密封方式为抽芯铆钉。进一步拆除抽芯铆钉查看失效原因 ，发现主油道孔内有明显的螺旋状刀纹（图1 ），刀纹用指甲触碰有所感知。同时，拆除一台不渗油的缸体，孔内部无异常刀纹。查找投产前三年记录，无发动机油道漏油反馈，查找投产时封存的样件，无刀纹问题。
图1 主油道孔内螺旋状刀纹
初步原因分析
针对主油道孔内螺旋状刀纹产生的原因，我们首先对加工工艺进行梳理：根据主油道孔的产品图纸（图2），得知主油道孔总深度427mm，孔径φ16(-0.16，+0.32)mm，孔内粗糙度Ra6.3mm。根据主油道引导孔直槽钻图纸（图3），得知刀具直径是φ16.18 mm(H7)。根据深孔麻花钴图纸（图4），得知刀具直径是¢16.15mm（H7）。
图2 主油道孔的产品图纸
图3 主油道引导孔直槽钻图纸
图4 深孔麻花钻图纸
加工顺序：首先引导孔直槽钻在后端面和前端面分别钻孔，深度分别是110mm和118 mm；第二步是麻花钻在前端面钻孔深度190mm，然后在后端面钻孔深度250mm，钻通主油道孔。加工完成后以F5000的速度进行退刀。
初步原因:通过对直槽钻加工后暂停加工，我们发现直槽钻加工完后孔内光滑无刀纹，再继续使用麻花钻加工，刀纹出现，螺旋刀纹的间距和退刀速度匹配。初步确定刀纹的产生是由麻花钻退刀导致，同一台机床螺旋刀纹时有时无。
根本原因分析
经过判断，我们确定螺旋刀纹是深孔麻花钻退刀时造成的，对于造成深孔麻花钻退刀纹产生的原因，我们从以下方面进行分析：
工件：测量有刀纹和无刀纹工件定位面和定位孔，尺寸合格、外形相同，无其他干涉造成影响；测量工件硬度分别为208HB和210HB，符合图纸要求的187~241HB要求；工件成分组织测量无异常。通过以上判断，初步可排除工件原因导致退刀纹。
夹具：检查双托盘夹具压块锁紧螺母，拧紧正常;检查机床自动夹紧状态下的压头和压块，无松动；夹具定位销直径和定位面测量正常；夹紧状态下表显托盘夹紧压力为240bar(1bar=105Pa)， 在要求的210~260bar范围内。通过以上判断，初步可排除夹具原因导 致退刀纹。
刀具：实测引导直槽钻直径为φ16.17mm，符合φ16.18mm(H7) 要求；实测深孔麻花钻直径为φ16.13mm，符合φ16.15mm(H7) 要求；实测深孔麻花钻径向圆跳动0.007mm，符合要求；引导钻和 深孔麻花钻之间设计预留的间隙为0.04mm，符合间隙要求;
机床：使用激光干涉检测仪对机床重复定位精度进行检测，实测为0.0029mm，符合0.005mm 以内要求；架表实测机床主轴径向近端圆跳动为0.008mm，远端为0.021mm；侧母线为0.014mm，符合要求。观察机床换刀过程，确认深孔麻花钻刀柄与主轴结合无夹杂铁屑等脏物，机床主轴换刀吹气功能 正常;在液压站出口处连接压力表，监测液压站输出压力稳定。
程序：深孔麻花钻快进转攻进时安全距离预留为3mm，实测为3mm正常；深孔麻花钻快退速度为F5000；尝试更换以F2000快退速度并试加工，刀纹变得更加密集，波纹之间间距变小。
根据以上验证，加上新引导孔麻花钻和深孔钻头累计修磨使用寿命是15~20次。综合判断: 刀具修磨质量、直径、跳动和机床主轴跳动等综合原因最终导致螺旋刀纹的偶发性出现。
解决方法
1.方案一
目前使用的引导钻和深孔钻都是修磨刀具，把引导钻和深孔钻更换成新刀(未修磨)并加工 验证，共加工10件，出现1件刀纹工件，增加引导孔和深孔钻 之间钻孔间隙，为验证间隙对刀纹的影响，人为把麻花钻的直径修磨至φ16.05mm，引导钻直径保持不变，引导钻和深孔麻花钻之间间隙提高至0.12mm。把修磨后的深孔麻花钻用机床进行加工验证。共加工10件工件，出现2件螺旋刀纹工件。
2. 方案二
把后端面引导孔深度从110mm分别降低至70mm和50mm，同时把深孔麻花钻的攻进位置缩短70mm和50mm，与引导孔深度相匹配。在其他条件未改变情况下进行加工验证， 两种距离各加工10件工件，分别出现4件和3件螺旋刀纹，此方案无法消除刀纹。
3. 方案三
在按现有工艺方案引导钻和深孔麻花钻加工完成的基础上，在后端面主油道孔孔口增加一把铰刀进行铰削，铰削深度与抽芯 铆钉相匹配。
根据产品设计方确认，抽芯铆钉不能进行直径更改，故要预留铰削余量必须对孔口的直径 进行缩小。在保留孔口直径匹配 抽芯铆钉不变的情况下，需对引导孔和深孔麻花钻的刀具进行变更。经过和刀具工程师、产品设计工程师确认，引导直槽钻直径从φ16.18mm(H7)改为φ15.73mm(H7)，深孔麻花钻直径从φ16.15mm(H7)改为φ5.7mm(H7)，铰刀直径设计为φ16.2mm，铰削长度为15mm。改进后的直槽钻、麻花钻、铰刀装用机床进行铰削加工实验。实验共加工58件，未发现异常螺旋刀纹工件。经过数据统计分析，改进后孔径的能力数据，改进前后的主油道孔孔内照片如图5所示。通过在麻花钻后增加铰刀的加工方式，问题得到解决。
图5 改进前后的主油道孔孔内照片
总结
综上所述，本文通过工件、夹具、刀具、机床及程序等因素进行单个分析确认，最终发现各因子之间按照对应的标准并无明显的异常。在所有因子中，刀具因素产生的影响最为突出，主机厂钻头类如麻花钻和深孔钻头等累计循环修磨使用15~20次才达到报废标准。综合判断：刀具修磨质量，刀具直径、跳动和机床主轴跳动等综合原因最终导致螺旋刀纹的偶发性出现。我们在不影响质量和不增加其他隐患的前提下，通过增加铰刀加工消除此问题。
京公网安备 11011202001138号
