缸蓋是發動機的重要結構元件，主油道孔是缸蓋的一個重要組成部分，如果主油道孔殘留有毛刺，該毛刺就會隨著機油進入HVA孔堵塞液壓挺柱，使其工作失效，進而使缸蓋的氣門關不住，導致缸體缺缸，所以必須保證主油道孔不能殘留任何毛刺。但在實際生產當中，該問題一直都沒有得到徹底的解決。

為了消除毛刺掉落風險, 改善缸蓋油道清潔度,今天小編為大家系統性的分析發動機缸蓋油孔毛刺風險, 找出影響毛刺的主要因素, 並結合實際生產, 制定有效的控制手段, 促進缸蓋機加工技術進步。

缸蓋工件油道孔的鑽削過程, 本質是刀具的鑽頭擠壓工件產生的剪下滑移過程, 由於油道本身結構和佈局, 在兩個及以上油道形成交匯處的邊、角、稜會出現較大的塑形變形, 鑽頭與工件在交匯處有一個分離的過程, 極易產生毛刺 (如圖1) 。

圖1 毛刺產生檢視

缸蓋油孔毛刺帶來的影響主要有:

(1) 影響工件尺寸精度;

(2) 影響或干擾工件測量精度;

(3) 加工或運輸過程中毛刺掉落, 影響零件清潔度;

(4) 在裝機過程中, 毛刺掉落有劃傷、割傷的安全風險;

(5) 後續加工過程中, 毛刺掉落導致零件虧損 (負零件) , 導致零件報廢;

(6) 毛刺掉落, 毛刺掉落進入凸輪軸與凸輪軸蓋之間, 導致凸輪軸和凸輪軸蓋異常磨損甚至凸輪軸抱死;

(7) 毛刺掉落進入VVT機構中導致機構卡滯失效;

(8) 影響潤滑效果, 從而影響發動機效能。

毛刺控制手段

一、機械去毛刺

主要探索從優化刀具入手解決毛刺殘留問題，具體方案付下：

1．用毛刷替換硬質合金去毛刺刀

根據缸蓋工程師的經驗，毛刷是可以有效的去除毛刺的，但因為毛刷的強度和剛性遠低於硬質合金去毛刺刀，故一定要降低轉速和進給速度。我們把轉速從4500mm/min降低到1000mm/min，進給速度從4500mm/min降低到500mm/min。經試驗，毛刺的問題得到有效解決，但單孔的加工時間卻比原來慢了19.5s。由於這樣的節拍是不可能被調和的，對於一些滿負荷運作且年產120萬臺發動機的公司來說更是絕不能接受的。

2. 增加反向加工刀具

在原硬質合金去毛刺刀的基礎上，增加一把與原刀具切削方向相反的刀具，以徹底去除全部毛刺。但出現的問題是：該機床主軸是否允許反向旋轉？增加一把刀是否會把節拍減慢？是否可以通過加快其他刀具節拍來抵消？

針對上述幾個問題，經多次商討和研究後得出如下結論：

（1）該機床是加工中心，加工柔性程度高，雖然沒有試驗過，但理論上可以進行反向旋轉。

（2）原去毛刺刀加工兩個主油道孔時，每個主油道孔的去毛刺都是由刀具兩次進給各加工一半主油道孔完成的，完成兩個主油道孔的去毛刺總共需要刀具進給四次。而新增反向旋轉去毛刺刀後，原去毛刺刀仍然要進行加工，這樣不僅要改變和增加程式，而且會增加機床的自動換刀時間，也就是意味著節拍肯定會增加。

（3）上面說到完成兩個主油道孔的去毛刺總共需要四次進給，而新增反向旋轉去毛刺刀後，第一次和第二次之間、第二次和第三次之間、第三次和第四次之間均會各增加一次自動換刀時間（約2s），總共需要增加三次自動換刀時間，也就是總共增加2×3=6s的時間。

（4）因該機床的實際節拍與缸蓋線的額定節拍基本相同，故沒有空間來減慢節拍；而該機床的其他刀具基本都是缸蓋座圈導管孔的半精加工和精加工刀具，眾所周知，這些刀具的加工本來就是整個缸蓋線的加工難點和重點，不僅精度要求高，而且因刀具長徑比大容易出現加工不穩定；對比加工引數後得出不可能加快這些刀具的加工引數來抵消6s的節拍減慢時間。

3. 更改刀具設計——雙向旋轉刀具

上述實踐得出以下結論：不可大幅度降低該去毛刺刀具的進給速度；不能增加任何刀具；機床可以正向旋轉，也可以反向旋轉。

為此，只能從刀具本身來想辦法解決，是否可以在一把刀上同時實現正向切削和反向切削？經過幾次的試驗，終於成功製造了雙向旋轉刀具（見圖3）。

接下來，維修人員更改了機床的切削程式。試驗後得到的結果是：在沒有影響該工序節拍的前提下，毛刺問題徹底解決了（見圖4），且該刀具的耐用度基本不變。

在現有的缸蓋加工工藝, 通過優化刀具來改善油孔毛刺, 油孔經過鑽削後, 用刀頭帶有剛性較好刷絲的去毛刺刀清理油孔毛刺 (如圖5) 。

圖5 主油孔毛刷加工示意圖

通過對比驗證油道孔有無毛刷工藝的毛刺去除情況, 可以明顯看到, 增加去毛刺刀具刷後, 零件油孔毛刺得到極大的改善 (如圖6) 。

圖6 主油道有無毛刷加工驗證對比示意圖

二、高壓去毛刺

缸蓋完成機加工, 後工序最終清洗機對零件徹底清洗, 為了更好清洗缸蓋油道毛刺, 清洗機中設立高壓去毛刺工序, 高壓噴嘴對準油道, 通過多次驗證以及參考文獻, 壓力值選定為30 MPa~50 MPa, 太低的壓力值無法達到去毛刺的效果, 而過過高的壓力雖然去毛刺效果理想, 機床裝置無法滿足要求, 高壓去毛刺, 常見歸納為兩類:工件移動式和噴嘴移動式 (如圖7) 。

圖7 高壓去毛刺示意圖

高壓去毛刺工位在10 MPa、15 MPa、32 MPa壓力下, 分別對比驗證油道孔在經過高壓毛刺工位前後去除情況 (如圖8) , 得出如下結論 (如表1) 。

圖8 主油道10MPa、15MPa、32MPa下驗證第二檔油孔對比示意圖

表1 在各壓力下油孔毛刺驗證情況

通過以上資料分析, 可以得出以下結論:

(1) 高壓去毛刺可有效改善缸蓋油孔毛刺。

(2) 為了有效改善油孔毛刺, 必須滿足一定的壓力要求。

結束語

毛刺是機加工過程中不可避免的現象, 它的存在直接影響了產品的品質, 因此要想有效清除缸蓋油孔機加工過程中的毛刺現象, 在前期零件模型設計時要儘量減少油孔交匯孔的數量, 如果無法避免, 後期的加工工藝可設定專門的“去毛刺”工序來保證零件油孔的清潔度。

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