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阀孔加工质量的改进 |
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作者：上海通用东岳动力总成有限公司 栾厚学 |
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在阀孔加工中，孔径处易出现划痕。本文利用排除法和循序渐进的试验找出问题的起因并进行分析，提出合理的解决方案，最终改进了原来的生产工艺，使这一问题得到有效解决，保证了产品质量。
阀体的阀孔为细长孔，且对表面质量要求较高（见图1），如何既保证阀孔的表面质量，又保证阀孔的直线度，这是一个不易解决的难题。我们在生产过程中，发现阀体的阀孔加工完成后，经常存在部分孔径处有挤压划伤的划痕（见图2），严重影响了装配后阀孔与阀芯的配合，还会引起自动变速器换档故障。频频出现的划痕问题，不但增加了工废数量，更严重的是划痕还可能引起泄漏，另外由于出现的部位隐蔽，加工下线时较难发现，如果这些不合格的产品交给客户，必然引发严重的质量事故。对此，我们成立了攻关小组，致力于改善阀孔的表面加工质量。
图1 阀体外观
图2 阀孔剖面
原因分析
1．直接原因
划痕是在铰刀铰孔时与铝屑挤压造成的，通常产生在阀孔两档的接合边缘。
2．阀孔加工后会产生两种铝屑
（1）铝屑呈细小的碎片状；
（2）铝屑为环状（见图3）。
图3 环状铝屑
经验得知：第一种铝屑不会对铰孔产生影响，因为切削液压力较大，很容易把该种铝屑冲走。
现在阀孔的划痕是阀孔的局部整个圆形破坏，环状铝屑不易被切削液冲走，易卡在阀孔处，在铰孔时挤压阀孔，从而产生划痕。因此得出初步结论：造成阀孔加工不良的根本原因是环状铝屑。
3．环状铝屑产生原因
我们从以下几个方面对产生环状铝屑的原因进行分析：
（1）料：毛坯符合图纸要求，且同一批毛坯，只有少部分会产生划痕，所以排除毛坯因素。
（2）环：①冷却液浓度对铰孔的质量影响很大，因此，我们适当地增加了冷却液浓度，由8%～10%增加为10%～12%，虽然内孔的加工质量有所改善，但划痕基本没有变化；②冷却液的清洁度对铰孔的影响更大，划痕是否因为冷却液的清洁度而受影响呢？在对切削液进行更换对比后，发现情况没有改观。
（3）机：设备加工能力较高，阀孔的内径尺寸及没有划痕处的粗糙度CPK值均很高，设备很稳定。
（4）法：分析产生环状铝屑的部位，先经过钻孔加工，然后铰孔，在钻孔后会产生环状铝屑。此钻头为直槽E形钻，优点是刚性好，定心好，能够保证阀孔的直线度，缺点是易在阀孔的端部产生环状铝屑。
结论：直槽E型钻会导致阀孔的每一档出口处产生环状铝屑，但由于普通钻头(带顶角)定心及刚性均较差，不能够保证阀孔的直线度，所以不能轻易更换普通钻头。
改进前工艺
OP30和OP40均为加工阀体两侧阀孔的工序，第四档位的阀孔先铣削加工（铣削加工是为了保证铰孔的导向），加工长度为5CM，后铰孔；由于铣刀的刀具长度过窄，第三档位的阀孔一部分为铣削加工，另一部分为钻削加工，然后铰孔；其他档位的阀孔均利用前面铣刀加工的导向孔定心，先钻削加工，后铰孔。所以第四档位的阀孔不会产生环状铝屑，而其他档位均可能产生环状铝屑。
改进措施
1．利用设备上的TVB3009和TVB4009铣刀，对二到四档位的阀孔进行铣削，取消该档位钻孔，其中由于第三档位的阀孔较长，需加长该铣刀的刀具长度。
2．对于OP30，由于铣削的加工节拍较长，为平衡节拍，把第一档位阀孔的加工放到OP20，增加一把普通直槽钻（钻头带顶角），因加工距离短，直线度能保证，且能避免产生环状铝屑。
3．对于OP40，增加一把普通直槽钻（钻头带顶角），加工第一档位阀孔，因加工距离短，直线度能保证，且能避免产生环状铝屑。OP40原来的节拍较短，增加刀具后节拍可以平衡。
通过以上改进，一到四档位阀孔加工质量得到保证，没有划痕的情况出现，现在OP20加工节拍为98s，没有超过设计节拍，OP30加工节拍为107s，OP40加工节拍为104s，均比设计节拍（98s）略有增加。
图4 四阶梯钻头（单位：mm）
继续改进
虽然前四档位划痕问题得到解决（原来前四档的划痕概率较高），由于铣刀的长度和节拍限制，后面档位的阀孔仍然需通过钻削加工（E形钻头，保证阀孔直线度），所以仍会发生产生划痕的情况。如何对这种情况进行改进及缩短加工节拍？我们又作了进一步的试验。
全面推翻上面的改进，取消原来采用的立铣刀，设计一把四阶梯的钻头（见图4），每个阶梯有三个刀片，加工前面四档的阀孔，直接将阀孔直径加工到用原铣刀铣出来的直径大小，这样加工后的导向长度（为下一把钻头导向）为18cm，比原来铣刀加工的导向长度（5CM）加长很多，下一步再把原来的钻削后面档位的E形钻头改为顶角为150°的钻头（见图5），因导向长度加长，直线度能够保证，利用该钻头加工，5～12档位的阀孔不会产生环状铝屑(原来为E形钻头，易产生环状铝屑)，而因为前面四个档位的阀孔经过阶梯钻加工，每个刀刃加工余量较少，也不会产生环状铝屑，整个阀孔的质量均能得到保证。
图5 150°顶角钻头（单位：mm）
更重要的一点：原来立铣刀的加工参数由S6000、F1200，改变为阶梯钻的S7000、F2100，经过上述改进，生产节拍大大降低，OP30和OP40均下降到83s，达到规划节拍。
结语
总之，利用排除法和循序渐进的试验，我们找到了解决该阀孔质量问题的方案，在实际生产加工中，我们会继续举一反三解决类似问题，从而保证制造质量，提高客户满意度。(end)
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(6/9/2009) |
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