1     引言

      汽車發動機缸蓋的主（zhǔ）要加工部（bù）位（wèi）氣門（mén）導管是發動機中關（guān）鍵的零部件（jiàn）,而導管孔的加工刀具一直是發（fā）動（dòng）機加工（gōng）中比較難解決的問題。導（dǎo）管的材質（zhì）一（yī）般為粉末冶金、鑄鐵等難加工材（cái）料,作為（wéi）汽（qì）車發動機關鍵零部件,缸蓋氣門（mén）導管孔的加（jiā）工精（jīng）度要求很高。

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

      目前,大（dà）部分發動機廠家采用合金鉸刀或者合（hé）金塗層鉸（jiǎo）刀加工,而這些刀具在加（jiā）工中磨損很快,一般加工幾十件後就需要（yào）換刀,嚴重影響發動機加工的（de）生產節拍,因此迫切需要一種能解決導管孔加（jiā）工難（nán）題（tí）的刀具。

      鄭州市鑽石精密（mì）製造有限公司(簡稱鄭鑽)在試製優化切（qiē）削參數等係列過程後,研製的汽車發動機氣門導（dǎo）管孔鉸刀采用PCD材質替代PCBN材質,顛覆了（le）業界PCD材料（liào）不能加工黑色金屬的（de）傳統理念,最終解決了發動機中導管孔加工的難題。

      2     PCD刀具和PCBN刀具比較

      PCD刀具具有硬度（dù）高、抗壓強度高、導熱性及耐磨性好等特性,可在高速（sù）切（qiē）削中獲得（dé）很高的加工精度和加（jiā）工效率。這（zhè）些特性是由金剛石晶體狀態決定的。金剛（gāng）石是單（dān）一碳原子（zǐ）的結晶體,獨特的晶體結構使其具有自然界最高（gāo）的硬度、剛性、折射率、導熱係數以及極高的抗磨損性、抗腐蝕性及化（huà）學穩定性。圖2為部分刀片、鉸刀產品。

      由於CBN晶體與金剛石晶體都屬閃鋅（xīn）礦型,且晶格常數相近,化學（xué）鍵類型相同（tóng）,PCBN刀具（jù）具有較高的硬度和耐磨性、較（jiào）高的熱穩定性和高溫硬度、較高的化學穩定性、良好的導熱性和較（jiào）低的摩擦係數。

      PCBN刀具與PCD刀具的硬度（dù）和抗壓強度相近,但PCBN刀具有比PCD刀具更高的熱穩定性和（hé）化學（xué）惰性。

      3分析導管材質及（jí）加工精（jīng）度,選擇（zé）加工刀具

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

      按（àn）照傳統理論,PCBN更適合加工黑色金屬,也就是說更適合發動機導管的加工。但是,PCBN不適合（hé）加工硬度低的（de）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（gāo）的線速度。由於導管孔的（de）內徑很（hěn）小(一般在4.5-12之間),無法選擇適合PCBN切削的線速度,也就無法發（fā）揮其紅（hóng）硬性（xìng）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（jù）的（de）金剛石材料化學成分是碳,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（zhī）要注意切削熱（rè）不高於700,就不會發生石墨化現象。也就是說,隻要在加工過程中控製好PCD刀具的切削溫度就可以加工導管孔,並且適合加工硬（yìng）度較低的工件,對線速度也沒（méi）有苛刻的要求。

      4     設計適合導管加工的PCD鉸刀

      在設計刀具時要考慮刀頭材質、刀體材質、切削刃為圓弧刃還是直線刃、刀具的幾何角（jiǎo）度、前角、後（hòu）角以及（jí）切削參數等因素。圖3為鉸刀（dāo）結構示意圖,圖4為不同型式鉸刀實物圖。

       (1)刀頭材（cái）質粒度的選擇

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

      (2)刀體材質的選擇

      導管孔屬於長徑比較大的小孔加工,刀杆必（bì）須有很好的強度和一定的（de）韌（rèn）性,因此（cǐ）選擇硬質合金作為基體材（cái）料。刀具（jù）在加工中要求散熱性好,因而選擇螺旋內冷方（fāng）式,以確保散熱快、溫度均勻。為保證刀具的直線度要（yào）求,硬質合金基體采用導向方式。

      (3)圓弧刃和直線刃的選擇

      PCD刀具在切削時的材料去除量極小(一般在微米級以下),切削時刀尖部分與工件相互作（zuò）用,此時刀具切削部分是指實際參加（jiā）切削的刀（dāo）尖幾何形狀部分。目（mù）前一般做成直（zhí）線切削刃和（hé）圓弧r切削刃兩（liǎng）種（zhǒng）形（xíng）式。直線刃刀具難以加工出超精密表麵,圓弧切削刃（rèn）加工（gōng）表（biǎo）麵質量好,但（dàn）刃（rèn）磨比較麻煩。基（jī）於表麵質（zhì）量和加工精度的（de）考慮（lǜ）,選擇圓弧刃方式（shì）。

      (4)刀具幾何角度的選擇

      刀具的幾何（hé）角度也影響著（zhe）刀具壽命。導管材料屬於難加（jiā）工材料,根據其成份,設（shè）計時選擇前角為3-6度,後角為10-15度（dù）。

      (5)切（qiē）削速度的（de）選擇切削線速度計算公式為

      切（qiē）削速度是影響PCD刀具（jù）磨損的主要因素（sù）,隨著切削速度的提高,刀具磨損加快。加（jiā）工導管的刀具線速度選擇如表2所示。

      刀具製作（zuò）後給多家發動機廠試用,試用效（xiào）果很好,加工（gōng）效率大幅度提高（gāo）,並且減（jiǎn）少了換刀次數,保證了加（jiā）工工件的穩（wěn）定性。

      5     結語

      鄭鑽公司設計的加工導管孔（kǒng）高精密超硬刀具參數見表3。

      試驗結果表明,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（dòng）機中導管孔加工的難題（tí）,可發揮PCD鉸（jiǎo）刀加工（gōng）精度高、切削（xuē）力小、壽命長、減少熱變形等一係（xì）列優勢。