葛偉杰 GE Wei-jie

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)中氣缸蓋是重要部件之一，其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，同時(shí)氣缸蓋的質(zhì)量情況與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效果有直接聯(lián)系，因此制造過(guò)程保證氣缸蓋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量合格至關(guān)重要。文章結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)手段，探究發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋數(shù)控加工工藝，以期為相關(guān)研究提供些許助力。

Abstract： The cylinder head is one of the important components in the engine， and its internal composition structure is complex. At the same time， the quality of the cylinder head is directly related to the engine operation effect. Therefore， it is very important to ensure the design standard and qualified quality of the cylinder head in the manufacturing process. Combined with the current advanced manufacturing technology， this paper explores the NC machining process of engine cylinder head， in order to provide some help for relevant research.

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);氣缸蓋;數(shù)控加工工藝

Key words： engine;cylinder head;numerical control machining technology

中圖分類號(hào)：U263.14? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）22-0098-02

0? 引言

在發(fā)動(dòng)機(jī)體系中，氣缸蓋是極其重要的組成部件，其承擔(dān)著難以替代的作用，隨著科技發(fā)展，為了更好地發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)效率，氣缸蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，其中的精度和準(zhǔn)度要求日益提高，基于此，對(duì)氣缸蓋的加工工藝水平也提出了新的要求[1]，在新技術(shù)、新工藝的支持下，數(shù)控加工得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)階段在航空及機(jī)械加工中發(fā)揮了重要作用。本文結(jié)合數(shù)控加工的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行闡述，分析發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋的數(shù)控加工工藝，為發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋加工工藝優(yōu)化提供些許助力。

1? 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋數(shù)控加工主要特點(diǎn)

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋數(shù)控加工優(yōu)點(diǎn)

①自動(dòng)化程度高，大幅度降低工人工作量。一般情況下，數(shù)控機(jī)床操作工僅需確保數(shù)控機(jī)床按照預(yù)設(shè)程序依次加工，加工過(guò)程中不存在故障即可，同時(shí)做好加工前后零件裝卸、刀具更換、零件抽檢等輔助及質(zhì)量保證工作。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋采用數(shù)控加工提高了自動(dòng)化程度高，大幅度降低了工人工作量，助力制造企業(yè)有效降低人力支出。

②加工零件一致性好，零件質(zhì)量具有保證。數(shù)控機(jī)床較普通機(jī)床而言，制造水平顯著提高，其尺寸精度及重復(fù)定位精度都有顯著提升，更易保證零件各部加工精度一致性;同時(shí)數(shù)控加工主要借助程序進(jìn)行運(yùn)作，較普通機(jī)床的人工操作相比，更能保證加工零件的質(zhì)量，盡最大可能降低人為失誤發(fā)生的概率。采用數(shù)控機(jī)床加工后，只要按照規(guī)定程序操作，保證工藝設(shè)計(jì)合理，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、穩(wěn)定的高質(zhì)量生產(chǎn)。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋數(shù)控加工缺點(diǎn)

①加工成本一般較高。采用數(shù)控加工后，雖可有效降低人力成本和工期，但采用此技術(shù)存在加工成本高的問(wèn)題，具體原因如下，其一是購(gòu)買符合數(shù)控加工的設(shè)備費(fèi)用較普通機(jī)床高，其二是首次加工需要花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)備調(diào)試，同時(shí)，數(shù)控機(jī)床對(duì)各種零配件的要求更高，發(fā)生故障時(shí)，維修成本也較大。

②加工范圍有選擇性。采用數(shù)控加工時(shí)，其只能承擔(dān)機(jī)械加工總量中的70-80%的工作任務(wù)，結(jié)合其自身性能，更適合執(zhí)行多品種、小批量或中批量生產(chǎn)。同時(shí)由于數(shù)控加工對(duì)象一般都為復(fù)雜零件，同時(shí)為了保證加工效果采用工序集中原則（即一次裝夾盡可能多的完成多的加工量及內(nèi)容），這必然會(huì)導(dǎo)致加工期限延長(zhǎng)，與專用多工位組合機(jī)床等相比，在生產(chǎn)規(guī)模方面仍有一定的差距[2]。

③加工過(guò)程難以調(diào)整。由于數(shù)控機(jī)床是依靠程序進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，其很多步驟都較為死板，難以結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行靈活性調(diào)控，即使可以進(jìn)行人工調(diào)控，可供調(diào)節(jié)的范圍也相對(duì)較小，尤其是出現(xiàn)意外情況時(shí)，很難及時(shí)依靠人工進(jìn)行調(diào)整。

2? 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋數(shù)控加工的總體設(shè)計(jì)

2.1 氣缸蓋零件圖分析以及加工內(nèi)容確定

隨著技術(shù)發(fā)展，氣缸蓋結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，在新技術(shù)的支持下，氣缸蓋也逐漸優(yōu)化升級(jí)，與此同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展使得氣缸蓋逐漸向多氣門方向發(fā)展，這在一定程度上增加了加工難度。

某型多缸發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋圖例如圖1，其從外觀來(lái)看，是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體，對(duì)精度要求其高，其加工質(zhì)量與發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效果有直接聯(lián)系。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋毛坯鑄造完成后，進(jìn)入數(shù)控加工首先需要完成頂?shù)酌婕庸?，以此為依?jù)，得到氣缸蓋的定位基準(zhǔn)，然后才能加工各孔系，結(jié)合氣缸蓋的整體結(jié)構(gòu)來(lái)看，主數(shù)控加工內(nèi)容是氣缸蓋的各面和對(duì)應(yīng)孔系，其中各系列孔的加工占據(jù)了該氣缸蓋加工的大部分內(nèi)容[3]。

2.2 氣缸蓋總體加工工序的劃分

結(jié)合上文可知，氣缸蓋為典型的箱體零件，其中加工步驟雖多，但其中的孔加工占據(jù)了超半數(shù)的任務(wù)量，其中的孔系標(biāo)準(zhǔn)也存在差別，孔徑大小等多種多樣，因此，在加工時(shí)對(duì)工藝水平要求較高。高精度表面加工中為了避免應(yīng)力變形，應(yīng)該在粗、精加工之間安排應(yīng)力變形恢復(fù)時(shí)間，使粗加工后零件充分恢復(fù)形變后進(jìn)行精加工[4]。通過(guò)對(duì)氣缸蓋零件數(shù)控加工工藝分析，綜合考慮各影響因素，具體加工工藝過(guò)程如圖2。

3? 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋主要數(shù)控加工工序設(shè)計(jì)要點(diǎn)

結(jié)合圖2某型發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋數(shù)控加工工序設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

3.1 數(shù)控加工設(shè)備及刀具和夾具選擇

在進(jìn)行氣缸蓋零件數(shù)控加工時(shí)，對(duì)數(shù)控機(jī)床、刀具和夾具的選擇至關(guān)重要。數(shù)控機(jī)床精度、刀具材料和夾具的剛性都會(huì)對(duì)零件的精度產(chǎn)生影響。在進(jìn)行零件加工時(shí)，刀具直接與工件和切屑相接觸，因此其承受很大的切削壓力，同時(shí)刀具在應(yīng)用過(guò)程中也會(huì)存在很大的摩擦阻力，這導(dǎo)致刀具溫度迅速升高。結(jié)合以上幾點(diǎn)，想要更好的提升工作效率，需要保證刀具具有一定的硬度和耐磨性及一定的強(qiáng)度和韌性，可以承受長(zhǎng)時(shí)間的切削及摩擦同時(shí)刀具還要具有抗熱性能，可以承受高溫作業(yè)。

在氣缸蓋零件數(shù)控加工中，需要結(jié)合零件特點(diǎn)選擇適宜數(shù)控自動(dòng)化生產(chǎn)的裝夾方法。在選擇定位夾緊方案時(shí)，需考慮機(jī)器人自動(dòng)裝夾和生產(chǎn)線加工節(jié)拍這兩個(gè)因素，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)自動(dòng)化工裝夾具實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成盡可能多表面，以減少裝夾誤差，充分發(fā)揮數(shù)控加工優(yōu)勢(shì)[5]。

3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋頂面加工工序

氣缸蓋的頂面主要由孔組成，頂面包括回油孔、氣缸蓋螺栓孔、水套連接孔、火花塞孔、進(jìn)氣座圈孔、排氣座圈孔和排氣道冷卻水孔等加工內(nèi)容，其中大部分孔有位置精度要求。其中，火花塞孔和進(jìn)氣、排氣座圈孔的加工精度要求最高。對(duì)于上述要求較高精度部分加工時(shí)采用粗加工-半精加工-精加工分布實(shí)施。

3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋底面加工工序

通過(guò)分析氣缸蓋零件圖可知，氣缸蓋底面最關(guān)鍵的加工內(nèi)容就是凸輪軸孔和導(dǎo)管孔。在加工氣門導(dǎo)管孔時(shí)，需要嚴(yán)格保證導(dǎo)管孔的直徑、位置度、角度、直線度和表面粗糙度等參數(shù)的精度。該孔的加工方法采用粗鏜→半精鏜→精鏜。為確保氣門座底孔與氣門導(dǎo)管底孔的同軸度要求，精加工刀具可選用一體式高質(zhì)量高精度的新型階梯鏜刀。這該型刀具選用大大提高生產(chǎn)效率，同時(shí)確保同軸度精度[6]。氣缸蓋底面凸輪軸孔用于承載凸輪軸，并保證凸輪軸在高速旋轉(zhuǎn)的前提下平穩(wěn)運(yùn)行。不僅需要每個(gè)凸輪軸孔具備高精度的直徑、圓度、圓柱度、位置度和表面粗糙度，同時(shí)還要求凸輪軸止推面具備很好的平行度、輪廓度以及相對(duì)于首尾凸輪軸孔中心線的垂直度，加工時(shí)要注意與凸輪軸的研配。

3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋各側(cè)面加工工序

發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋側(cè)面加工主要有進(jìn)、排氣側(cè)面、前、后側(cè)面四面加工。該工序完成分別完成氣缸蓋進(jìn)、排氣側(cè)面對(duì)應(yīng)孔的加工，由于火花塞孔在上道工序中已加工，可作為本工序的定位基準(zhǔn)，該火花塞孔是氣缸蓋零件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，按基準(zhǔn)統(tǒng)一原則選擇該孔為加工定位基準(zhǔn)，避免產(chǎn)生形狀位置度誤差。氣缸蓋的前、后端側(cè)面相對(duì)比較簡(jiǎn)單，主要以碗形塞孔和對(duì)應(yīng)安裝螺紋孔，孔加工為主。

4? 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控加工工藝較傳統(tǒng)工藝具有更多優(yōu)勢(shì)，其在當(dāng)前的高效化、精準(zhǔn)化、質(zhì)量化和多樣化智能制造中發(fā)揮了巨大的價(jià)值，該加工工藝主要結(jié)合了傳統(tǒng)機(jī)制工藝規(guī)范和數(shù)控加工特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋的數(shù)控加工工藝規(guī)程優(yōu)化。但結(jié)合和實(shí)際來(lái)看，應(yīng)用中還存在些許不足，仍需要從實(shí)踐中吸取經(jīng)驗(yàn)、總結(jié)教訓(xùn)，并靈活地進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，才能保證發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋的數(shù)控加工工藝朝著科學(xué)化的發(fā)展目標(biāo)前進(jìn)。

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