柴油机曲轴连杆孔的加工

柴油机曲轴连杆小头是用锡青铜或铜基粉末冶金滑动轴承套镶嵌在连杆中，然后经粗镗、精镗切削加工得到工件表面的。蚌埠柴油机厂连杆小头孔如图1所示，要求零件尺寸精度为Ø35H7，表面粗糙度Ra0.8µm以内，以前用锡青铜轴承套时能达到此要求，但换了某种铜基粉末冶金材料后，零件表面粗糙度精度达不到要求，且表面有振纹，切屑为崩碎状。曾试用过挤压的方法，既增加了一道工序，加工出的表面粗糙度也不理想。

该厂原用刀具：材料为YG6(或YT30)，主、副偏角均为45°，切深剖面内前角g_p=3°，小后角5°～7°，大后角8°～10°，刀尖宽0.15～0.2mm，前刀面粗糙度值为Ra0.8µm，后刀面粗糙度值为Ra0.4µm。加工出的零件表面质量如上述，且刀具磨损较快，不能长时间保持零件尺寸精度。零件表面的粗糙度由理论粗糙度和非正常原因造成的粗糙度两部分组成。理论粗糙度是指刀具几何形状和切削运动引起的表面不平度：非正常原因造成的粗糙度是指在加工过程中由于积屑瘤、鳞刺、振动、摩擦、切削刃不平整、切屑划伤等因素引起的表面不平度(图2)。

对于理论粗糙度，经计算知：当刀尖圆弧半径r_e=0时，轮廓算术平均偏差Ra为 Ra=f4(ctgK_r+ ctgK＇_r)

当r_e≠0时，轮廓算术平均偏差Ra为 Ra=0.0321f²r_e

对于非正常原因造成的粗糙度，我们认为在此工件的加工中主要是由于振动、摩擦、切削刃不平整等因素造成的。

图1
图2
图3

切削振动有强迫振动和自激振动两类：强迫振动是由外界周期性作用力引起的，如机床运动的不平稳，包括主轴径向跳动，安装误差造成离心力作用：工件材质不均匀，间断切屑和崩碎切屑的作用等。自激振动是由于切削过程中作用力的变动而引起的，如切屑与刀具间的摩擦力的变化。在本加工中我们认为振动主要是由崩碎切屑、切屑与刀具间的摩擦力的变化、刀具磨损产生作用力及切深抗力Fy等产生的。

经过上述分析，我们采用如下方法改进刀具的切削状况：

1. 由理论分析知，增加刀尖圆弧半径r_e可降低理论粗糙度值，刀尖圆弧半径增至r_e=0.3mm。
2. 对于振动，采用减小刃口圆弧半径r_b、增大前角g_p提高刀具的锋利性，改变切屑屑型，减小切深抗力F_y，减小振动(图3)。主偏角、副偏角暂不动。
3. 选用耐磨的刀具材料，以提高刀具的耐磨性及尺寸稳定性。选用刀具材料为PCD002。
4. 提高前、后刀面的刃磨质量，后刀面表面粗糙度值≤0.1µm，前刀面为研磨镜面。使切削刃较平整，减小切屑与刀具间的摩擦力的变化、刀具磨损产生的作用力等。
5. 适当减小小后角，以利于后刀面Cd部分(图3)与工件表面熨压而使工件表面得到较小的粗糙度值。

经改进后的刀具：材料为PCD002，主、副偏角均为45°，切深剖面内前角g_p=8°，小后角6°，大后角12°，刀尖圆弧半径g_e=0.3mm，前刀面为研磨镜面，后刀面粗糙度值Ra0.1µm以内。

经使用，切屑由崩碎状变为3mm左右长的带状及节状，表面振纹消失，加工出零件表面粗糙度值为0.68～0.73µm，达到了图纸要求，且刀具能长时间保持零件尺寸精度，刀具寿命达上万件。

进一步改进措施：现加工表面尚有螺旋状刀纹，经分析为理论粗糙度，可将主偏角改为90°，副偏角改为2°～3°，进一步消除振动及由理论粗糙度造成的残留面积高度。