汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸孔加工工藝

陳隆

廣西玉柴機(jī)器股份有限公司 廣西玉林 537005

1 序言

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸孔加工對(duì)精度要求較高，加工過(guò)程中影響因素多，工藝參數(shù)與加工效果之間存在著復(fù)雜的映射關(guān)系。當(dāng)前，一些汽車制造企業(yè)在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)試制時(shí)，對(duì)砂條的選擇和工藝參數(shù)的設(shè)定，主要依靠國(guó)內(nèi)外供貨商提供的售后技術(shù)支援，對(duì)加工參數(shù)和加工質(zhì)量之間的聯(lián)系只有經(jīng)驗(yàn)積累，而對(duì)其之間的多維度作用關(guān)系認(rèn)識(shí)不清，造成了在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸孔加工存在的問(wèn)題反應(yīng)遲鈍，從而影響了產(chǎn)量[1]。為了進(jìn)一步提高加工質(zhì)量，更好地解決發(fā)動(dòng)機(jī)制造難題，對(duì)缸體缸孔加工流程進(jìn)行分析和改善，制定可行的技術(shù)方案，提高了缸體缸孔加工效率，解決了生產(chǎn)中存在的問(wèn)題。

2 缸體加工流程

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工主要包括銑削、鉆孔、研磨和車削等步驟。

（1）銑削 常用于加工平面、棱角和槽等。銑削時(shí)要注意刀具的厚度，以避免在加工過(guò)程中去除過(guò)多的材料。

（2）鉆孔 對(duì)套筒定位孔、氣門座等進(jìn)行鉆孔加工。對(duì)于鋁合金材料而言，因其硬度較低，在鉆孔時(shí)很容易發(fā)生卡鉆或形成絨毛狀表面。

（3）研磨 研磨的主要任務(wù)是進(jìn)行表面處理，使之達(dá)到所需的表面粗糙度和平整度。研磨時(shí)要注意磨盤的選擇，以及研磨軌跡的正確控制。

（4）車削 車削時(shí)，要確保機(jī)床基礎(chǔ)的承載力和穩(wěn)定性，并注意加工后表面的修整。

3 缸孔加工流程

發(fā)動(dòng)機(jī)上下缸體的壁厚相差較大，上下缸體內(nèi)孔的直徑也存在一定差距，加工時(shí)易出現(xiàn)裝夾變形，從而導(dǎo)致后續(xù)工序定位誤差。同時(shí)，由于活塞在缸體內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此容易出現(xiàn)活塞環(huán)和缸套的磨損問(wèn)題。此外，活塞在加工過(guò)程中會(huì)受到往復(fù)運(yùn)動(dòng)的影響，容易出現(xiàn)切削溫度高、刀具磨損嚴(yán)重等問(wèn)題。

活塞上下缸體內(nèi)孔的直徑一般為7～9mm，且孔徑偏差較大，需要進(jìn)行半精加工?；钊暮穸纫泊嬖谳^大差異，在加工過(guò)程中需要進(jìn)行切削參數(shù)的調(diào)整。在粗加工、半精加工時(shí)，需要使用不同的刀具和切削參數(shù)進(jìn)行加工。

3.1 粗加工

由于缸孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且存在較大的裝夾變形，所以在粗加工時(shí)需要對(duì)缸孔進(jìn)行找正，并進(jìn)行徑向、軸向的分度和定位。常用的找正方法包括在缸孔內(nèi)壁表面加墊片、使用卡盤卡爪和鎖緊塊來(lái)輔助找正等。鏜孔時(shí)，應(yīng)根據(jù)缸體的形狀與尺寸要求選擇合理的加工機(jī)床和切削用量，同時(shí)選擇合適的鏜刀，從而提高加工效率和質(zhì)量。

3.2 半精加工

半精加工是在普通銑床上用銑削的方法對(duì)缸孔進(jìn)行加工。將粗加工后的缸孔，通過(guò)加磨刀盤的方式進(jìn)行半精加工，然后再進(jìn)行精加工。由于缸孔直徑尺寸較小，在銑床上加工時(shí)采用徑向切削，刀具只需切削一個(gè)方向，因而大大減少了刀具磨損。

3.3 精加工

（1）加工表面 一般采用粗車后用平面磨床精磨，或用小直徑的砂輪在無(wú)油狀態(tài)下磨平。要求表面粗糙度值Ra≤0.2μm。

（2）缸孔中心線偏差的測(cè)量與調(diào)整 對(duì)每一個(gè)孔加工完畢后，根據(jù)圖樣要求，利用內(nèi)徑千分尺測(cè)量其位置偏差，并利用平板儀進(jìn)行校準(zhǔn)。

（3）加工余量的調(diào)整 由于缸孔在粗車后往往會(huì)留有較大的余量，因此在精加工時(shí)要加以控制，一般情況下余量為0.05～0.1mm，以保證表面粗糙度值Ra≤0.2μm。

（4）檢查刀具磨損情況 由于缸孔的孔徑較大，切削力也比較大，所以在精加工前應(yīng)檢查刀具磨損情況。

4 缸體缸孔加工常見(jiàn)問(wèn)題

4.1 缸體加工常見(jiàn)問(wèn)題

1）發(fā)動(dòng)機(jī)缸體止推面的加工直徑是130mm，壓力為3.09M P a，加工過(guò)程中止推面極易出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致加工質(zhì)量降低[2]。

2）主軸孔經(jīng)過(guò)加工后，每個(gè)擋位的兩邊都有飛邊，組裝后極易脫落，導(dǎo)致燒瓦。

4.2 缸孔加工常見(jiàn)問(wèn)題

1）在對(duì)缸孔進(jìn)行加工時(shí)，由于缸體的種類較多，而且其質(zhì)量要求也比較高，因此在對(duì)其進(jìn)行加工時(shí)，需要使用多種不同的設(shè)備和加工工藝，差異性的存在導(dǎo)致加工過(guò)程中出現(xiàn)一定的誤差。

2）在對(duì)缸孔進(jìn)行加工時(shí)，需要將缸孔的尺寸和形狀精度控制在一定范圍內(nèi)，如果控制不好，則會(huì)導(dǎo)致缸孔出現(xiàn)較大誤差。

5 缸體加工工藝優(yōu)化

5.1 優(yōu)化方案

1）對(duì)缸體鏜桿進(jìn)行改造，編寫(xiě)加工程序，使止推面直徑130mm增加至136mm，使壓力降至2.3MPa，從而解決了止推面易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題。

2）增加用于切削主軸孔兩個(gè)端部的倒角工具，并編制相應(yīng)的程序，以解決在切削過(guò)程中出現(xiàn)的飛邊問(wèn)題[3]。

5.2 機(jī)床和鏜桿改造

由于缸體止推面磨損問(wèn)題，導(dǎo)致曲軸軸向竄動(dòng)間隙大的質(zhì)量故障，因此需要加大止推面，將止推外徑由110mm增大到116mm，機(jī)體止推槽由φ130mm更改為φ136mm，壓力由3.09MPa下降到2.3MPa。目前，鏜桿推力直徑可達(dá)132.75mm，這已是鏜桿的極限。φ132mm鏜桿的長(zhǎng)度已經(jīng)為極限長(zhǎng)度，為了確保鏜桿的安全，需要對(duì)其重新加工，才能達(dá)到止推槽直徑為136mm的要求[4]。

（1）機(jī)床鏜桿整改 鏜桿的沖程與滑塊橫切進(jìn)給的沖程比是2∶1，止推槽的直徑要從130mm增大到136mm，則滑塊的橫切行程要增加3mm，鏜桿的沖程要增加6mm。針對(duì)該問(wèn)題，需要整改滑塊及鏜桿限位擋銷。

（2）機(jī)床U軸限位整改 U軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，U軸絲杠后備量19.3mm大于止推面，止推槽直徑由130mm增加到136mm后，U軸需要增加6mm的沖程，只需要將U軸脹刀限位的長(zhǎng)度減短6mm即可滿足加工要求[5]；滑塊的橫切沖程要增加3mm，需要將滑塊脹刀的軟限位從原來(lái)的14.9mm修改為17.9mm；并需要對(duì)NC加工程序進(jìn)行相應(yīng)修改。

圖1 U軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

（3）優(yōu)化倒角刀具及程序 半精鏜、精鏜主軸孔工序，刀具磨損后，在每擋兩側(cè)都會(huì)擠壓出外翻飛邊，后續(xù)的去毛刺清洗工序不能將其去除，必須人工去除，否則組裝后有可能出現(xiàn)脫落，導(dǎo)致燒瓦故障[6]。

針對(duì)主軸各擋口兩側(cè)飛邊不能完全去除的問(wèn)題，擬在加工工藝中，對(duì)各擋口兩側(cè)倒角進(jìn)行0.5mm×45°的切削處理，并通過(guò)切削方式去除飛邊。為了達(dá)到這一目的，設(shè)計(jì)倒角刀具如圖2所示，并編寫(xiě)倒角NC加工程序，分別從前后端偏心進(jìn)刀，然后完成主軸孔飛邊的去除。

圖2 主軸孔倒角刀具

6 缸孔加工工藝優(yōu)化

6.1 優(yōu)化方案

1）根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔尺寸和形狀要求，調(diào)整機(jī)床和夾具等，保證缸孔的形狀精度。

2）對(duì)缸體缸孔結(jié)構(gòu)特性和切削刀具磨損情況進(jìn)行研究，改進(jìn)缸孔切削工藝。

6.2 專用鏜床的使用

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸孔主要采用專用鏜床進(jìn)行加工，這是因?yàn)閷Ｓ苗M床具有一定的優(yōu)勢(shì)，其采用鏜桿進(jìn)行切削，不會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，而且對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的表面粗糙度和圓度不會(huì)產(chǎn)生較大影響[7]，能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)缸體的尺寸精度、圓度和表面粗糙度控制在一定范圍內(nèi)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量水平得到提高。但是在使用專用鏜床加工時(shí)，需要保證專用鏜床具有良好的剛性和精度。

6.3 夾具的使用

每一種類型和型號(hào)的缸體缸孔加工時(shí)所使用的夾具不同，需要根據(jù)其形狀和尺寸要求選擇相應(yīng)的夾具。例如，如果需要對(duì)缸孔進(jìn)行倒角處理，則使用套筒式夾具。

通常情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率和工作質(zhì)量，通常會(huì)采用機(jī)械或者是人工定位的方式來(lái)完成工件的定位[8]。加工時(shí)需要將工件放置在專用夾具上，并用螺釘進(jìn)行固定。

不同類型和型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸孔加工完成后，發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)會(huì)使用專門的工裝來(lái)拆卸和重新安裝夾具。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文主要分析了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸孔加工中存在的問(wèn)題，通過(guò)工藝優(yōu)化和措施改進(jìn)，得出以下結(jié)論。

1）針對(duì)缸體止推面易磨損和主軸道有切屑、無(wú)法清洗干凈的問(wèn)題，對(duì)機(jī)床鏜桿進(jìn)行改造，并編制加工程序等，增大止推面直徑，降低壓力；優(yōu)化倒角刀具及程序，分別從前后端偏心進(jìn)刀，完成主軸孔飛邊的去除。

2）針對(duì)缸孔尺寸和形狀精度差的問(wèn)題，根據(jù)形狀和尺寸要求選擇合適的機(jī)床和夾具，采用機(jī)械或人工定位方式，提高缸孔加工精度。

該文分析了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸孔加工中存在的問(wèn)題，通過(guò)機(jī)床鏜桿改造、倒角刀具優(yōu)化、編制加工程序、選擇合適的機(jī)床和夾具并采用人工或機(jī)械定位，解決了止推面磨損、主軸孔有切屑及缸孔尺寸變形等難題。

文章的亮點(diǎn)是細(xì)致入微、措施得力。提高產(chǎn)品質(zhì)量不僅需要工藝創(chuàng)新和經(jīng)驗(yàn)積累，更要掌握加工參數(shù)和加工質(zhì)量之間的多維度作用關(guān)系，抓住問(wèn)題的關(guān)鍵采取改進(jìn)措施，問(wèn)題自然會(huì)迎刃而解。

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