摩托车发动机缸头螺纹加工问题的解决

作者：大长江集团有限公司 董和平

欢迎访问e展厅 展厅 2 钻头/丝锥/板牙展厅 麻花钻, 钻咀, 丝攻, 丝锥, 板牙, ... 我公司在摩托车行业多年保持产销第一，2006年共产销了220多万台摩托车整车。摩托车发动机缸头是属于发动机的关键零件之一，其制造工艺复杂，要求很高，并且属于大批量生产，对生产节拍控制很严格。 摩托车发动机的缸头加工，难度主要集中在座圈精切、凸轮轴孔精镗等工序。一条缸头线上的单台设备运行时间不能超过80s。其螺纹主要是M6的盲孔，深度一般为14mm，螺纹加工虽然简单(就是用丝锥进行高速攻丝加工)，但其加工的可靠性、高效性，也会对整条生产线的运行带来很大的影响。 摩托车发动机缸头的材料是AC4B或AC4B-S(日本JIS标准，相当于国内的ZAlSi8Cu1Mg)，铸造后经T7热处理。 我公司最早从日本铃木引进的生产线中，对缸头的M6螺纹加工均采用螺旋槽长柄机用丝锥进行高速同步攻丝(用加工中心实现)。后续新建的其它品种缸头生产线也就继续采用此工艺。丝锥品种系采用OSG公司的长柄螺旋槽丝锥(其品种代号：EX-LT-SFT M6x1x100 OH2)，丝锥的切削锥长度为2.5P、刃长24mm，全长100mm。用BIG的高精度弹簧夹头刀柄夹持，切削速度22m/min(1200r/min)，乳化液充分冷却(浓度4%~6%)，用加工中心实现刚性同步攻丝，攻丝前底孔在同台设备上用整体合金钻头做出。在长期的大批量生产中，每年均会出现丝锥折断的情况，严重时，一批丝锥在不同的生产线都会出现连续折断。由于大批量对螺纹孔均是采用抽检的方式，同时，一道工序上会加工很多螺纹孔，因此，丝锥折断的情况，对生产线的质量控制和班产量的完成都带来较大的影响。丝锥的总体平均寿命也不高(一般加工5000孔就必须进行刀具更换了)。 对此现象，我们现场调整了加工参数，降低了攻丝速度(750r/min、14m/min)，增加了乳化液的浓度，继续对产品生产进行跟踪，发现没有明显的改善，丝锥仍然有折断现象出现。 日本OSG公司也多次派出技术人员，协助我们一起分析此问题。同时，我们也将出现折断情况的丝锥批次，返回日本OSG公司总部进行详尽的刀具材质、制造工艺过程等分析，没有发现明显的异常，其硬度、材质、热处理金相组织均正常。 对因丝锥折断而报废的缸头，从折断螺纹孔轴线方向破开工作，发现大部分丝锥折断的产品均在丝锥与校正齿之间的部位出现严重的切屑堆积现象。这说明，用螺旋槽丝锥加工时，铝合金的切屑排出状况不良。在高速攻丝的情况下，切屑来不及排出而形成堆积，同时外部冷却的乳化液也会被堵住进入不了丝锥的切削锥部位，从而更加剧了切屑堆积现象，当堆积的切屑体积超过丝锥容屑槽的一定幅度(切屑可以一定程度的压缩)时，加工丝锥所承受的扭矩会急剧增大，超过丝锥截面的承受能力，从而出现折断情况。 据此，日本OSG公司也建议我公司不使用普通的螺旋槽丝锥品种，他们可以针对我公司此情况进行专门的丝锥设计，但是要求一次性订货的丝锥批量较大，这不符合我公司批量成本控制原则。 经过仔细分析日本OSG公司的丝锥样本，发现该公司的EX-DC-HT丝锥品种可能会满足我们大批量生产对丝锥的安全生产要求。该品种是短柄直槽系列，精度等级为OH3，比螺旋槽丝锥的OH2精度等级的中径公差带偏上0.02mm，这样会延长丝锥的使用寿命。该丝锥的容屑槽形针对铸件的切屑形成特性进行过优化；丝锥表面进行了氮化处理，降低了丝锥容屑槽与铝合金切屑之间的摩擦系数，更加有利于切屑的顺畅排出。惟一不足的是该品种没有长柄系列，这样就要求生产线的工艺和刀具夹持系统进行改动，方可满足某些部位缸头产品加工的需要。另外，这个品种也是OSG公司的标准库存品，长期使用的成本也比较低。 经与日本OSG公司联系，对方也同意提供样品试用。在我们修改了工艺，满足使用短柄丝锥避开干涉的情况之后，对日本OSG公司提供的丝锥样品进行了试用。试用结果证实了当初的设想，取得了明显的效果，解决了困惑部门多年的M6螺纹孔加工丝锥折断的问题。在7条缸头线全部推广应用的过程中，没有出现一例丝锥折断的情况。丝锥的寿命也从原来的5000孔逐步提高到了15000孔。目前我们将丝锥的强制更换寿命设定为12000孔，以确保生产线的安全运转。 但是，该丝锥品种没有长柄系列，始终是个遗憾。对于某些特殊部位，短柄丝锥因为干涉情况而没有办法使用，还只能继续用长柄螺旋槽丝锥进行加工，只是我们将丝锥的寿命设得很低了，以尽可能的减少丝锥折断的可能。 这次解决缸头的M6螺纹孔攻丝的丝锥折断问题，前后历时近一年的时间，期间也多次深入地跟日本OSG公司技术人员进行了丝锥制造技术、使用技术方面的沟通，感慨颇多。高速钢丝锥，作为一个早已经有国家标准的刀具品种，但是目前国内的专业刀具厂商仍然对此不够重视，觉得攻丝是一个很简单的事情。曾经有一位国内刀具厂商的技术人员来与我们沟通，他们觉得不可理解，丝锥折断了，换一个不就行了吗？有必要如此大动干戈地解决吗？在我们还局限于作坊式的小批生产方式中，或许折断一个丝锥确实不是什么问题，操作员工马上更换一支就可以继续生产了。但是作为大批量的连续生产线，一个员工要看管4台甚至更多的设备，一个工位的加工节拍只有短短的几十秒钟，那么安全生产是至关重要的，否则将会引起整个生产线的停滞，导致非常严重的后果。而作为丝锥制造工艺来看，应该是非常成熟的了，但是国产丝锥的质量相比进口丝锥还是存在很大的差距，这也就是国内丝锥为什么只能卖几块钱一支，而进口一支OSG丝锥，起码都是几十块钱。 笔者作为曾经的刀具制造行业的人员，对此感到非常困惑，国内的工艺水平明明可以达到制造OSG丝锥的质量水平，但是却鲜见国内企业朝这个方面努力，大家都在低水平上制造大量的廉价丝锥。短期来看，这确实可以取得明显的效益，但是企业的长期发展后劲却不知如何了。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/25/2008)