1 序言
殘留切屑一直是導致缸蓋清潔度超差的主要原因，如何有效避免加工過程中發動機缸蓋內部殘留切屑有著重要意義。
2 問題背景
EA888發動機缸蓋AF50工序是在德國某雙主軸加工中心進行的。該加工中心在A軸夾具上一次可以同時裝夾2個缸蓋（見圖1），由加工中心主軸上的刀具對缸蓋同時進行銑削、鉆削、鏜削、鉸孔及攻螺紋等加工，具有高柔性、高效率和高自動化的特點。實際加工中經常會在該工序加工完的缸蓋水道孔中發現殘存有切屑（見圖2）。如果發現不及時將會造成發動機裝配后切屑堵塞水道孔，從而導致發動機冷卻水循環無法正常工作的嚴重后果。目前由終檢工序的操作人員對缸蓋進行100%目檢，費時費力。由于水道結構特殊，隱藏得比較深的切屑在目檢時也不能保證完全被發現，所以存在較大的質量隱患。自2020年3月至今，由質保解析發動機時發現的水道孔殘留切屑引起的質量缺陷至少有8起。
圖1 發動機缸蓋
圖2 缸蓋水道孔內殘留切屑
3 問題分析
要解決水道孔內殘留切屑的問題，首先要查找出切屑是怎樣進入缸蓋水道孔的。仔細分析該工序的工序卡片和各個工步的刀具加工調整圖，發現該工序是加工缸蓋上下兩平面孔系的，而水道孔所在的缸蓋兩端面并沒有加工內容。憑借以往的機械加工經驗無法判斷切屑是來自于哪里。于是，考慮能否通過對加工過程的觀察查找切屑來源。AF50工序采用高速切削加工鑄鋁缸蓋，機床配備電主軸和內冷刀柄。鉆頭的轉速普遍達到了15000r/min以上。鉆頭內部切削液在如此高的轉速下在加工區域霧化，靠肉眼觀察根本無法看清加工時切屑飛濺的情況。采用數控仿真軟件對加工過程進行模擬，判斷可能導致切屑殘留的刀具。對機床、夾具、刀具測繪后導入到數控仿真軟件中，搭建數控仿真系統，如圖3所示。
圖3 搭建數控仿真系統
經過對每把刀具加工狀態的模擬，發現之前都是在單獨加工缸蓋的思維定式下考慮問題的，而忽視了雙主軸加工這一特殊情況。根據模擬的刀具加工姿態（見圖4），我們推測殘留的切屑是T1057硬質合金麻花鉆加工缸蓋止回閥孔時產生的。由于止回閥孔毛坯結構是鉆孔加工，切屑在內冷切削液排屑壓力和刀具高速轉動離心力的作用下，從鉆孔處飛濺到另一側缸蓋的水道孔里。取樣缸蓋水道孔內殘留的切屑和T1057麻花鉆的切削刃對比（見圖 5），發現切屑的寬度和鉆頭切削刃寬度一致。切屑呈錐形并在中間部位有一條折痕，將切屑分成了不同錐度的兩段。這與T1057麻花鉆修磨橫刃和主切削刃上形成的轉折點位置也是完全吻合的。
a）狀態1
b）狀態2
圖4 模擬的刀具加工姿態
圖5 切屑與鉆頭對比
解決水道內有切屑的現有技術方案主要有以下幾種。
（1）更改加工工藝 目前工藝是毛坯澆注時預鑄出缸蓋出水孔。AF40工序鏜削缸蓋出水孔， AF50工序鉆止回閥孔。為避免鉆止回閥孔的切屑飛濺到另一側缸蓋的出水孔，可將工藝改為：在毛坯澆注時不留預鑄孔；在AF50工序加工完止回閥孔后，再在AF130工序上“鉆-鏜”出水孔。但該方案會造成各工序工時不平衡，毛坯不預鑄出出水孔，還需增加一把鉆頭對毛坯預鉆。
（2）優化T1057刀具 增加分屑槽，使切屑變成碎屑。但細小的切屑仍然有可能飛濺到水道中[1]。
（3）增加定點沖洗時間和調整噴頭角度 該方案會延長清洗機工序節拍。清洗高壓水有可能將切屑沖到更深的水道位置。
4 解決措施
設計制作一種雙主軸加工中心夾具的擋屑裝置（見圖6），從根本上杜絕加工1號缸蓋時，切屑在內冷壓力和刀具高速轉動離心力的作用下，從鉆孔處飛濺到2號缸蓋的水道孔里的情況。擋屑裝置等軸側圖如圖7所示，在結構方面有以下特點。
a）整體結構
b）擋屑原理
圖6 擋屑裝置
圖7 擋屑裝置等軸側圖
1）擋屑裝置中擋屑板呈波浪形，并且波浪板兩斜邊之間成120°±2°的夾角（見圖8）。這樣可以使從止回閥孔鉆孔處噴射出來含有切屑的切削液產生紊亂的渦流，快速耗散大部分的動能。既能攔截切屑飛濺入1號缸蓋出水孔，又能避免切屑被擋板反彈到2號缸蓋的悶蓋孔中。
2）擋屑裝置中擋屑板與夾具x軸傾斜10°±2°（見圖8），可以使從1號缸蓋止回閥鉆孔處噴射出來的含有切屑及剩余動能的切削液朝向傾斜方向反彈，能使少量噴射到擋屑板上反彈的切屑不對準2號缸蓋的悶蓋孔的位置飛濺。
圖8 擋屑裝置俯視圖
3）擋屑裝置中擋屑板開有泄壓孔。泄壓孔為長軸垂直于水平面的腰型孔（見圖9）。腰型孔的形狀既能保證擋板的剛性，避免應力集中[2]，又能保證對切削液的泄壓。腰型孔的尺寸小于切屑的尺寸，能夠保證切屑被攔截，并在夾具反轉過程中讓被攔截的切屑依靠自身重力掉落。
4）利用原有夾具上的螺紋孔進行聯接，對原有夾具不產生破壞[3]。
圖9 擋屑裝置泄壓孔
5 結束語
擋屑裝置可有效地解決機械加工過程中發動機缸蓋水道孔內殘留切屑的問題。
1）擋屑裝置結構簡單，安裝方便。不需要對原有夾具進行改動。
2）擋屑效果可靠。安裝后從根本上杜絕了水道孔內有切屑的質量隱患。
3）可減少終檢人員目檢的工作量，降低了勞動強度。
