CVT阀体刀具异常断刀问题分析及改进

梅章飞宋业波缪家庆 AI汽车制造业 2025-03-27

在无级变速器（CVT）阀体生产中，针对阀体阶梯孔刀具频繁断刀问题，从人、机、料、法和环方面进行全面分析，得出刀具结构和机床冷却压力两项关键影响因素。制定措施将刀具结构由直槽优化为螺旋、增加锪面内冷孔等，成功解决异常断刀问题，达到“保质、增效和降本”效果。

1 背景描述

在我公司的CVT阀体加工中，所用刀具为φ6mm×10mm的非标整硬复合阶梯钻进口刀具，单价约2200元/把，刀具耐用度为4000件，据连续三个月内断刀统计，每月平均断刀数量达到10把，断刀的同时也造成阀体工件报废，平均每月造成生产成本损失约23740余元，导致刀具单台成本提高和工废率高的问题。设定改进目标，分析原因，制定措施，根治消除异常断刀现象，满足增效、降本要求。

2 原因分析

公司组织成立攻关小组，成员包含产品、生产、工艺和质量人员。依据产品特性、刀具结构与加工工艺等方面，进行验证与分析。

2.1 人员技能影响工件装夹不到位

通过调查了解到，工件装夹为液压夹具，操作员装件后夹具自动夹紧，并进行气密性检测，工件若装夹不到位会报警，需要操作员进行重新装夹。所以由于人员技能将工件装偏，导致刀具折断的可能性没有。

如果夹料不够紧，会导致材料在加工过程中移位，切削刀具无法正常切削，产生极大的摩擦，从而导致切削刀具磨损或断裂的可能。经现场查验断刀工件，未发现加工位置存在偏移现象，不存在工件夹不紧的现象，且操作员为具备正式上岗资格的合格人员，可排除此项因素。

2.2 设备影响刀具的冷却效果

采用卧式加工中心，通过加工过程观察发现，刀具外冷压力偏低（要求0.15～0.3MPa），且加工时主轴外冷喷淋位置偏移，加工台阶面沉孔时未起到冷却润滑作用，导致刀具加工时冷却不充分，产生粘削后异常断刀。再结合断刀特征，基本都是在刀具的阶梯根部处断裂，所以要提高刀具阶梯处的冷却与排削效果，此处是需要改进的方面。

2.3 工件材料硬度过高

阀体使用的材料是ADC12，对标公司内部其他机型也使用同类材料，检测各项成分均满足要求，如表所示。取样检测内阀体毛坯硬度，30组数据完全满足HB80～100的要求，排除此项因素。

2.4 刀具结构设计深度分析

刀具加工阀体面台阶孔及锪台阶面如图1所示，此刀具设计为直槽结构（优势：排削能力强，刀具寿命高；劣势：刀具前角为0°，切削力能力不足），经分析，在加工台阶面时切削刃与工件为面切削状态，导致切削阻力大，与工件发生共振，加工后工件台阶面有明显的严重振纹，且台阶刃处在设计时无内冷孔，导致加工刃粘削严重，从而过程中异常断刀，此项为要因。

图1 产品结构与刀具实物

2.5 加工环境要素

（1）刀具的切削参数验证，结合同类刀具同类材质工件的加工参数进行比对，基本都属于在合理可控范围内，微调了部分参数，没有明显效果。

（2）加工程序调试，对加工程序进行微调验证，尤其是台阶面开始切削产生共振时，对加工程序进行了多次调整优化，基本没有明显效果。

（3）对现场冷却液监控表进行检查，发现冷却液浓度一直在合格范围（8%～10%），同时在断刀第一时间也对冷却液浓度进行测量，显示均在合格范围之内，可排除此项因素。

3 制定措施

针对刀具的异常断刀问题，我们主要针对机床冷却压力和刀具结构两项影响因素制定改进措施。

3.1 机床冷却压力调整

提高机床外冷压力至0.2MPa，流量约20L/min，调整主轴鼻端外冷喷嘴孔位置，从而保证了加工时刀具的冷却和润滑作用，避免由于刀具的粘削产生异常磨损，达到改善刀具的切削环境效果。

3.2 刀具的结构设计优化

刀具结构设计优化，由直槽改为螺旋槽，如图2所示，增大刀具设计前角，在台阶锪面处增加内冷孔。

（1）15°螺旋槽结构的切削刃带有轴向切削前角，加工时与工件呈线性切削状态，大大提高了刃口的锋利性，有效地降低了切削阻力，解决了加工台阶面时共振断刀问题。

（2）锪面处增加内冷孔，使刃口在加工时得到充分的冷却，更快速有效地带走切削热，从而解决了加工粘削导致异常断刀的问题。

（3）大螺旋槽结构设计，提高了刀具加工中的排削空间，可以更快速有效地带走切削热，改善刀具的切削环境，提高刀具切削能力。

图2 刀具设计螺旋槽结构

4 效果验证

刀具改进方案实施后，CVT阀体加工连续3个月未再出现断刀，基本消除异常断刀现象，圆满完成既定目标，在保证产品质量的同时，减少了工废和停线时间，达到增效、降本的要求。改善前平均每月断刀约10把（单价2200元×10=22000元），10件半成品工件约74元/件，扣除延误工时，平均每年可节约（2200×10＋74×10）×12≈27.3万元。

5 结语

导致刀具在切削加工中的异常断刀原因可能还有很多，本文重点结合CVT阀体加工的实际工作案例，采用一定的数据统计分析，解决了断刀问题，满足生产需求。通过本次改善活动，小组完成预定目标值，在工艺、质量、设备技术指导下，小组成员的专业技术、个人能力、改进创新思维能力也得到了拓展和提升。

参考文献

[1] 杜光友,李金成,杜子建.凸轮轴轴颈跳动和圆度的影响因素分析[J].汽车制造业,2010.

[2]覃建方.卢双桂.影响曲轴抛光粗糙度因素分析及解决方案[J].汽车制造业,2018.

内容来源：AI汽车制造业

责任编辑：龚淑娟

审　　核：李峥