鉆孔孔徑測量不合格問題分析及解決方法

缸體是汽車發(fā)動機上所有零件的基體，其他部件通過螺栓連接到缸體本體上，而缸體上的油孔則是連接所有部件油路的中間通路，其中缸體回油孔是其內(nèi)部潤滑通路的主要組成部分。

目前，我公司缸體回油孔采用涂層硬質(zhì)合金麻花鉆進行鉆孔，其孔徑及深度采用通止深度規(guī)進行在線檢測。在實際生產(chǎn)過程中，在線檢測回油孔孔徑和深度時，偶發(fā)性出現(xiàn)通止深度規(guī)的通端無法檢測到回油孔底端，即表現(xiàn)為回油孔直徑不合格，間接表現(xiàn)為回油孔深度不合格。但現(xiàn)場采用游標卡尺檢測其孔徑及深度均滿足要求。針對此異常問題，我們對加工回油孔孔徑及深度的相關(guān)影響因素進行了排查分析，并給出了解決方案。

排查影響因素

1.設(shè)備方面

加工回油孔工序共有2臺臥式加工中心，其型號不同，所用夾具、刀具及加工工藝均相同。加工過程中都偶發(fā)性出現(xiàn)了孔徑通止深度規(guī)測量孔徑及深度不合格問題。因此排除了設(shè)備因素對加工的影響。

2.刀具方面

(1)刀具尺寸不合格

對回油孔加工鉆頭直徑進行檢測，其結(jié)果均在合格范圍內(nèi)，且對在刀具公差范圍內(nèi)的不同直徑的刀具進行現(xiàn)場加工驗證，具體結(jié)果如表1所示。從驗證結(jié)果分析，其刀具直徑不是導(dǎo)致加工測量不合格的原因。

(2)刀具磨損

鉆頭在加工過程中隨著壽命的增加而磨損，刀具異常磨損將體現(xiàn)為加工回油孔直徑偏小或加工過程中出現(xiàn)“喇叭口”形狀。通過對2臺設(shè)備的加工刀具壽命進行跟蹤，從驗證結(jié)果分析，排除了刀具磨損對回油孔孔徑不合格的影響，具體結(jié)果如表2所示。

3.工藝參數(shù)

在極限情況下，孔內(nèi)壁的表面粗糙度過大很可能影響孔徑的測量，而平時我們不太關(guān)注鉆孔內(nèi)壁的表面粗糙度。一般認為鉆孔內(nèi)壁粗糙度產(chǎn)品要求的公差較大，刀具自身及加工中心即可保證。

通過對鉆頭工藝參數(shù)的調(diào)整驗證(見表3)，增加鉆頭切削線速度，降低鉆孔內(nèi)壁的表面粗糙度。現(xiàn)場更改刀具切削參數(shù)進行驗證，仍偶發(fā)性出現(xiàn)孔徑測量不合格，排除了工藝參數(shù)對孔徑異常的影響。

4.加工工藝方式

產(chǎn)品要求回油孔深度75±0.5mm，孔徑Ø16±0.2mm，長徑比約4.7，回油孔屬于中深孔。而回油孔加工采用普通鉆孔循環(huán)加工：一次性G1進給、G0快速退回的方式?？紤]到機床和夾具的剛性、精度隨著使用年限的增加而變差，導(dǎo)致加工過程中工件的剛性不足，因此采用深孔加工的工藝方案進行驗證。

方案一：在鉆孔到位后增加0.5s暫停，同時以G1退回(見圖1)?，F(xiàn)場加工驗證跟蹤仍然偶發(fā)出現(xiàn)回油孔孔徑測量不合格。

方案二：將鉆頭加工工藝方式改為深孔鉆的加工方式，即G1進給加工深度約1/4處+G0快速退刀+G1進給加工深度約2/3處+G0快速退刀+G1進給加工到底+G0快速退刀(見圖1)?，F(xiàn)場驗證后，連續(xù)跟蹤兩臺機床的回油孔刀具的多個加工壽命周期，未出現(xiàn)孔徑測量不合格工件，此方案驗證有效。

通過更改回油孔刀具加工工藝方式，回油孔孔徑測量不合格問題得以解決，為了找到最終導(dǎo)致孔徑測量不合格的原因，我們進行再次深入分析：

圖2 失效件與合格件狀態(tài)對比

通止深度規(guī)在檢測回油孔直徑與深度時無法檢測到孔底部，初步分析是回油孔直線度超出檢具所能包容的范圍。為了驗證分析的正確性，用內(nèi)徑千分尺分別對回油孔不同截面進行測量，測量結(jié)果顯示從回油孔孔口到回油孔底部所有截面直徑均滿足產(chǎn)品尺寸要求。隨后采用三坐標對失效件檢測其孔的直線度，其直線度達到0.12mm,即回油孔呈現(xiàn)“彎曲”(見圖2)，直接反應(yīng)至通止深度規(guī)無法測量到位，即“測量不合格”。

制定改進措施

通過上述驗證找到了問題的真因，我們采取了如下改進措施：

1. 更改回油孔加工刀具

油孔刀具直徑過大且為中深孔加工，由于選用麻花鉆頭自定心效果較差及切削負載較大等因素，加工過程中回油孔出現(xiàn)了輕微的扭曲變形，導(dǎo)致回油孔直線度差進而測量不合格。為了不影響生產(chǎn)線工序節(jié)拍平衡率，恢復(fù)了鉆頭原有的加工工藝方式：將麻花鉆改為直槽鉆(見圖3);并且通過優(yōu)化鉆頭的頂尖角度及橫刃長度，提高鉆頭自定心能力，降低回油孔的扭曲變形量。改進后回油孔的直線度均值在0.06mm。跟蹤現(xiàn)場生產(chǎn)加工情況，未出現(xiàn)回油孔測量不合格，措施實施有效。

1. 更改檢具

檢具通端設(shè)計為整體直徑下限結(jié)構(gòu)，理論上檢測了孔徑最小值和“直線度”尺寸，而此油孔因功能設(shè)計，對直線度要求比較寬泛。檢具的結(jié)構(gòu)設(shè)計導(dǎo)致了對孔徑尺寸的過嚴要求。由于檢具通端直徑控制在15.819～15.829mm之間，回油孔壁稍有變形就會導(dǎo)致檢具通端根部與回油孔變形部分發(fā)生干涉。從產(chǎn)品功能性及加工經(jīng)濟性考慮，對檢具通端結(jié)構(gòu)進行改進。減小檢具通端靠近根部的直徑(見圖4)，直徑由理論值15.824mm改為15.00mm，檢具不會與回油孔壁發(fā)生干涉，規(guī)避了檢具要求過嚴而誤判的尺寸不合格。解決了加工過程失效點以及測量過程失效點。

從以上兩方面對失效原因展開分析并采取解決措施，至此鉆孔孔徑測量不合格問題得以徹底攻克。

結(jié)語

在實際生產(chǎn)過程中，這種質(zhì)量缺陷對于沒有經(jīng)驗的工藝工程師而言，短時間內(nèi)很難直接鎖定問題產(chǎn)生的原因，而長時間停機又會影響生產(chǎn)效率。通過分析驗證，我們最終找到了失效原因，解決了底面回油孔孔徑加工、測量不合格的問題，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。希望本案例能對各位讀者有所啟示。