1     引言

      汽車發動機缸蓋的主要（yào）加工部位氣門導管是發動機中關鍵的零部件,而導管孔的加工刀具一直是發（fā）動機加工（gōng）中比較（jiào）難解決的問題。導管的材質一（yī）般（bān）為粉末冶金、鑄鐵等難加工材料,作為汽車（chē）發動（dòng）機關（guān）鍵零部件（jiàn）,缸蓋氣門導管孔的加工精度要求很高。

      如圖（tú）1所示,缸蓋座圈錐麵與導管孔這一組孔係的精（jīng）度要求為:導管孔的孔徑精度為H6-H7,粗糙度為Ra0.8um左右,座圈錐（zhuī）麵（miàn）對於導管孔跳動（dòng）0.02-0.06mm。

      目前,大部分發（fā）動機廠家采（cǎi）用合金鉸刀（dāo）或者合金塗層（céng）鉸刀加工,而這（zhè）些刀具在加工中磨損很快,一般加工幾十件後就需要換（huàn）刀,嚴重影響發動機加工的生產節拍,因此迫切需要一種（zhǒng）能解決導管（guǎn）孔加工難題的刀具。

      鄭州市鑽石精密製造有限公司(簡稱（chēng）鄭（zhèng）鑽)在試製優（yōu）化（huà）切削參數等係列過程後,研製的汽（qì）車發動機氣門導管孔鉸刀采用PCD材質替（tì）代PCBN材（cái）質,顛覆了業界PCD材料不能加工黑色金屬的傳統理念,最終解（jiě）決了發（fā）動（dòng）機中（zhōng）導管孔加工的難題。

      2     PCD刀具和PCBN刀具（jù）比較

      PCD刀（dāo）具具有硬（yìng）度高、抗壓強度高、導（dǎo）熱（rè）性及耐磨性好等特性,可在高（gāo）速切（qiē）削（xuē）中獲得很高的加工精度和加工效率。這些特性是由金（jīn）剛石晶（jīng）體（tǐ）狀態決定的。金（jīn）剛石是單一碳原子的結晶體,獨特的晶體結（jié）構使其具（jù）有自然界最高的硬度、剛性、折射率、導熱係數以及極高的抗（kàng）磨損性、抗腐蝕性及化學穩定性。圖2為部分刀片（piàn）、鉸刀產品。

      由於CBN晶體與金剛石晶體（tǐ）都屬（shǔ）閃鋅礦型,且晶格常數相（xiàng）近,化學鍵類型相同,PCBN刀具具有較高的硬度和耐磨性、較高的熱穩定（dìng）性和高溫硬度、較高的化學穩定（dìng）性、良好的（de）導熱性（xìng）和較低的摩擦係數。

      PCBN刀具與PCD刀具的硬度和抗壓強度相近,但PCBN刀具有（yǒu）比PCD刀具更高的熱（rè）穩定性和（hé）化學惰性。

      3分析導管材（cái）質及加工精度,選擇加工刀具

      導管的材質一般為鑄鐵或者粉末冶金（jīn）,屬於黑色金屬難加工材料,具體參數見表1。

      按照傳（chuán）統（tǒng）理論（lùn）,PCBN更（gèng）適合加工黑色金屬,也就是說更適合發動機導管的加工。但是,PCBN不適合加工硬度低的工件,而且如果要發揮其熱穩定性和紅硬性的優點就必須選擇較高的線速度（dù）。由（yóu）於導管孔的內徑很小(一般在4.5-12之間),無法選擇適（shì）合PCBN切削的線速度,也（yě）就無法發揮其（qí）紅硬性和熱穩定的優點,反而磨損非常快,不適合加工導管材料。

      PCD刀具的金剛（gāng）石材料化學成（chéng）分是碳,與鐵係有親和力。切削過程中,金剛石的導熱性優越,散熱快,隻要注意（yì）切削熱不高於（yú）700,就不（bú）會（huì）發生石墨化現象。也就（jiù）是說,隻要在加工過程中控（kòng）製好PCD刀具（jù）的切削溫度就可以加工導管孔,並且適合（hé）加工硬度較低的工件,對線速度（dù）也沒有苛刻的要求。

      4     設計適合導（dǎo）管加工（gōng）的PCD鉸（jiǎo）刀

      在設計刀具時要考慮刀頭材（cái）質、刀體材質、切削刃為圓弧刃還是直線刃、刀具的幾何角度、前角、後角（jiǎo）以及切削參數等因素。圖3為鉸（jiǎo）刀結構（gòu）示（shì）意圖（tú）,圖4為不同型式鉸刀實物圖。

       (1)刀頭材質粒度的選擇

      PCD材料（liào）粒度（dù）對刀具抗磨損、抗破損（sǔn）性能影響明顯。粒度大,磨損小;粒度小,磨損大。為了降低磨（mó）損率,一般選擇較（jiào）大的PCD粒度,導管孔粗糙度要求為Ra0.8-1.6,最終選擇粒度（dù）為15-25範圍。考（kǎo）慮到導管孔徑小,切削刃采用單刃。

      (2)刀體材質的選擇

      導管孔屬於長（zhǎng）徑比較大的小孔加工,刀杆必須有很好的強度和一定的韌性,因此選擇硬質（zhì）合金作為基體材（cái）料。刀具在加工（gōng）中要求散熱性好,因而選擇螺旋內冷方（fāng）式,以確保散熱快（kuài）、溫度（dù）均勻。為保證刀具的直線（xiàn）度要求,硬質合金基體采用導向方式（shì）。

      (3)圓弧刃和直線刃的選擇

      PCD刀具在切（qiē）削時的材料去除（chú）量（liàng）極小（xiǎo）(一般在（zài）微米級以下),切削時刀尖部分與工（gōng）件相互作用,此時刀具切削部分是指實際參加切削的刀尖幾何形狀部分（fèn）。目（mù）前一般做成直線切削刃和圓弧（hú）r切削刃兩種形式。直線刃（rèn）刀具難以加工出（chū）超精密表麵,圓弧切削刃加工表麵質量好,但刃磨比較麻煩。基於表（biǎo）麵質量和加（jiā）工精度的考慮,選擇圓弧刃方式。

      (4)刀具幾何（hé）角度的（de）選擇

      刀具的幾何角度也影響著刀具壽命。導管材料（liào）屬於難加工材（cái）料,根據（jù）其成份,設計時選擇前角為3-6度,後角為10-15度。

      (5)切削速度的選擇切削線速度計算公式為

      切（qiē）削速度是影響PCD刀具磨損的主要因素,隨（suí）著切（qiē）削速度的提高,刀具磨損加快。加工導（dǎo）管的刀具線速度（dù）選擇如表2所示。

      刀具製作後給多家發動機廠試用,試用效（xiào）果很好（hǎo）,加工效率（lǜ）大幅度提高,並且減少了換刀次數,保證（zhèng）了加工工件的（de）穩定性。

      5     結語

      鄭鑽公（gōng）司設計的加工導管孔高精密（mì）超硬刀具參數見表3。

      試驗（yàn）結果表明,該PCD(聚晶金剛石)鉸刀刀具是更適合加工汽車發動機導管孔的刀具,解決了發動機（jī）中（zhōng）導管孔加工的難題,可（kě）發揮PCD鉸刀加工精度（dù）高、切削力小、壽命長、減少熱變（biàn）形等一係列優勢。