論汽油機鋁合金缸體試制開發(fā)的機加工藝

周黎明

摘要：為了滿足結(jié)產(chǎn)品開發(fā)對試制樣件的需求，合理制定缸體機加試制工藝方案，就能以較短的周期和較高的質(zhì)量，達到試制驗證的目的。

關(guān)鍵詞：缸體；機加工藝；試制

1前言

在新產(chǎn)品設(shè)計完成之后、正式投產(chǎn)之前，開發(fā)企業(yè)要進行少量的樣件的試制，目的在于驗證產(chǎn)品設(shè)計是否達到預(yù)期的質(zhì)量和制造可行性，同時開展整機裝配及性能試驗。樣件的試制有其特殊之處，數(shù)量少、要求高、工藝難度大，但對制作周期、樣件質(zhì)量有著苛刻的要求。為了滿足這些目的，就需要對試制工藝的制定進行嚴格把關(guān)。

為此，以試制工作的特點為出發(fā)點，利用數(shù)控加工中心，配置必要的專用夾具和刀具，通過實踐設(shè)計出一套適用于汽油發(fā)動機鋁合金缸體試制開發(fā)的機加工藝。

2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

該缸體為分體式結(jié)構(gòu)，由氣缸體、曲軸箱兩部分組成，毛坯材料為ADC12，內(nèi)嵌4個高磷鑄鐵缸套，采用高壓鑄造，缸體成品需經(jīng)過高精密機械加工成型。缸體加工時，首先需完成氣缸體、曲軸箱的分體加工，合缸后再進行曲軸孔、頂平面及缸孔等的精加工。為了減重及保證良好的鑄造工藝性，缸體一般壁厚不超過3.5mm，造成缸體的剛性較差，因此在工藝方案制定時需要考慮缸體變形對加工精度的影響。缸體需要加工的內(nèi)容主要包括平面、斜面、銷孔、螺紋孔、油孔、曲軸孔和缸孔。

3試制工藝方案

3.1基準的選擇

使工件的設(shè)計基準、工藝基準與編程基準（編程原點）三者統(tǒng)一。這樣不僅可以避免因基準不重合而引起的定位誤差，保證加工精度，而且可以簡化程序編制。

3.2加工原則

缸體加工全過程預(yù)計有十多道工序，根據(jù)先粗后精的加工順序，在保證試制產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，特制定以下加工原則：

1.首先進行頂平面的粗加工，以去除大部分加工余量；

2.考慮將可能較早發(fā)現(xiàn)缺陷的工序安排在優(yōu)先工序；

3.深孔加工易產(chǎn)生較大應(yīng)力，安排在較先的工序，以免內(nèi)應(yīng)力的變化影響加工精度；

3.3刀具選擇

鋁合金硬度低，熔點低，切削時易形成積屑瘤，造成被加工工件尺寸精度差，表面粗糙；由于加工中心的主軸轉(zhuǎn)速較高，要求刀具的抗振性要好，同時為了保證加工效率，需進行自動換刀。

一般來說，數(shù)控加工中心的刀具應(yīng)具有較高的耐用度和剛度，刀具材料抗脆性好，有良好的斷屑性能、可調(diào)易更換；其次在制造工藝性上考慮，盡量多選用標(biāo)準刀具和成形刀具。

3.4夾具設(shè)計

由于缸體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，集成了多種加工要素，且各加工要素分布在6個平面內(nèi)，在一次裝夾中，要盡可能完成多的加工內(nèi)容，同時又要避免反復(fù)裝夾引起的零件變形，為此，對夾具的設(shè)計提出了下述要求：

1.根據(jù)基準重合的原則，在夾具設(shè)計時要確保零件坐標(biāo)系與設(shè)備坐標(biāo)系方向一致，實現(xiàn)零件在加工中心上的定向安裝，并且要確保零件定位基準面與加工中心建立一定的尺寸聯(lián)系。

2.為保證加工的精度，夾具應(yīng)具有足夠的強度和剛度，以防止自身的變形。

3.優(yōu)先選擇手動夾緊夾具，盡可能避免結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂。

4.滿足夾具在調(diào)整或更換過程中重復(fù)定位的可靠性。

3.5關(guān)鍵加工方法

1.缸體頂平面與缸蓋燃燒室面配合，平面度、表面粗糙度的要求很高，為了避免接刀痕的產(chǎn)生同時更好的保證平面度，使用大直徑的盤銑刀銑削，加工過程為粗銑一精銑工藝。

2.曲軸同軸孔的加工，采用長短結(jié)合的兩把同等尺寸的鏜刀，先用短鏜刀加工#1、#2主軸頸，再利用已加工的#1、#2主軸頸作支承導(dǎo)向，用長鏜刀加工完成#3～#5主軸頸的加工。#1、#2主軸頸作鉆模套使用，支撐住鏜刀，使孔的同軸度得到保證。曲軸孔的加工過程分為三步，粗加工一半精加工一精加工。粗加工后的余量為0.4mm，半精加工后的余量為0.04mm，最后精鏜至成品尺寸。

3.缸孔的加工方法是粗鏜→半精鏜→精鏜→半精珩→精珩。粗鏜留量0.05mm，半精鏜留量0.015mm，精鏜留量0.005mm，以保證缸孔圓度、圓柱度；最后珩磨至要求尺寸。在試制階段采用Mapal珩磨頭，珩磨條采用氧化鋁、碳化硅或人造金剛石，兩組不同的珩磨條在珩磨頭上對稱分布或不對稱分布，珩磨條由特殊的雙聯(lián)深度進給系統(tǒng)，可在一次裝夾中完成粗精珩。

3.6環(huán)境溫度

鋁合金材料的加工，溫度是極其重要的加工要素，控制不好溫度，很容易讓加工后的產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題。根據(jù)實際試制經(jīng)驗，制造現(xiàn)場的環(huán)境溫度控制在（25±3）℃范圍內(nèi)較為合適，這樣可以避免溫度波動造成的工件變形，能更好的保證工藝參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

3.7工序間的協(xié)調(diào)

由于缸體需進行氣密試驗、三坐標(biāo)檢測，在工序設(shè)計時，需將這些工序有效的銜接起來。在缸體合缸加工前首先進行氣密試驗，待合缸后，進行曲軸孔等精加工工序，最后對缸體尺寸進行三坐標(biāo)檢測，這樣可以有效實現(xiàn)缸體合缸、分缸一次完成，不僅可以較早發(fā)現(xiàn)泄漏問題，而且可以對合缸螺栓和螺紋孔起到保護作用。

3.8工藝流程

氣缸體試制開發(fā)機加工藝流程，如表2所示。

4結(jié)束語

本文總結(jié)出了一套鋁合金缸體試制加工的一般工藝方法。通過試制工藝方案的實施，規(guī)避了曲軸孔圓度、同軸度、頂平面平面度超差的風(fēng)險，較好的保證了試制進度與試制質(zhì)量，為以后類似零件的試制提供了技術(shù)參考。