空壓機(jī)缸體材料成型與加工方案規(guī)劃與應(yīng)用

張雷　高亮

摘 要：在對(duì)空氣壓縮機(jī)缸體材質(zhì)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上得出了鑄件微量元素最佳配比的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，通過(guò)合理的鑄造及熱處理工藝形成了具有較高機(jī)械性能的缸體毛坯。通過(guò)對(duì)加工設(shè)備的選擇、裝夾方案與夾具的設(shè)計(jì)、刀具的選用以及加工參數(shù)的設(shè)置等機(jī)械加工工藝內(nèi)容的研究，經(jīng)過(guò)多次試制，不斷調(diào)整工裝與工藝參數(shù)，最終達(dá)到缸體零件的技術(shù)要求，其機(jī)械加工成品率達(dá)到97%。

關(guān)鍵詞：缸體材料 鑄造成型 定位基準(zhǔn) 精加工

中圖分類號(hào)：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）10（a）-0070-02

空氣壓縮機(jī)由于具有可靠性好、效率高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。文章基于壓縮機(jī)氣缸零件的制造過(guò)程研究其合金鑄鐵材料配比、鑄造成型工藝以及機(jī)械加工工藝過(guò)程。

1 缸體材料的配比研究

以降低成本、提高機(jī)械性能為目的對(duì)機(jī)體氣缸的材質(zhì)進(jìn)行分析，在原有鑄鐵的基礎(chǔ)上添加相應(yīng)的合金元素，其中鉻、鉬、鎳、硅等元素與鑄鐵HT200融合形成合金滲碳體，可以提高缸體的耐磨性；硅、鉻元素可使缸體零件表面形成致密氧化膜，提高其抗高溫氧化性；鎳、鉬元素使缸體的強(qiáng)度和韌性提高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整鑄鐵中合金的配比，采用合理的熱處理工藝，使鑄鐵金相組織發(fā)生改變從而達(dá)到提高材料機(jī)械性能的目的。經(jīng)多次試驗(yàn)，缸體鑄件的微量合金元素的質(zhì)量配比如表1所示。

2 缸體鑄造成型工藝

將上述材料按一定比例配置，在中頻電爐中進(jìn)行熔煉，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，其中爐溫控制在1 400 ℃～1 450 ℃、調(diào)質(zhì)時(shí)長(zhǎng)控制在20 min是關(guān)鍵，足夠高的溫度和充分的時(shí)間是為了保證所有材料能夠充分融合、反應(yīng)，形成均勻的、理想的金相組織。然后采用樹(shù)脂砂型鑄造法進(jìn)行澆鑄。

3 缸體機(jī)械加工總體設(shè)計(jì)

缸體零件加工的主要工作是保證量缸體內(nèi)孔的位置精度和形狀精度要求。缸體內(nèi)徑￠84.28 mm和￠106 mm的兩孔，孔距74.98 mm，公差范圍為0.016 mm，如圖1所示。缸體加工的定位基準(zhǔn)方案為：與缸體軸線平行的大平面作為缸體加工的精基準(zhǔn)平面，在平面上加工兩定位銷孔作為定位的工藝孔。而加工定位基準(zhǔn)所在的大平面則選擇與缸體軸線垂直的缸體底面作為基準(zhǔn)。

4 缸體定位基準(zhǔn)的加工

4.1 加工前準(zhǔn)備

在缸體精加工的定位基準(zhǔn)所在平面進(jìn)行加工前，基于互為基準(zhǔn)的原則以缸體鑄件基準(zhǔn)面的毛坯面為基準(zhǔn)，利用普通銑床粗銑氣缸底面，利用這個(gè)表面作為基準(zhǔn)加工氣缸基準(zhǔn)面。

4.2 定位方案

選擇氣缸底面作為主要定位基準(zhǔn)，由夾具的3個(gè)在一個(gè)平面的支撐點(diǎn)限制，垂直于底面方向的旋轉(zhuǎn)自由度由夾具設(shè)計(jì)的定位銷限制，如圖1所示。

4.3 工件夾緊方案

在加工氣缸定位基準(zhǔn)面前利用夾具左側(cè)螺釘，如圖2所示固定工件，利用穿過(guò)氣缸內(nèi)孔的兩根M25的長(zhǎng)螺栓和螺母壓緊汽缸頂面上的壓板，從而實(shí)現(xiàn)缸體的夾緊方案。

4.4 加工工藝過(guò)程安排

選擇帶旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的立式加工中心作為加工設(shè)備，首先在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上找正并夾緊夾具，然后粗、精加工氣缸前表面，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°，粗、精加工缸體定位基準(zhǔn)面和6個(gè)M16-6H螺紋孔以及2個(gè)￠22H7工藝孔。

5 氣缸內(nèi)孔精加工工藝設(shè)置

5.1 定位與夾緊方案

為了保證氣缸內(nèi)孔的加工精度，根據(jù)基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，利用精加工過(guò)氣缸基準(zhǔn)平面和兩個(gè)￠22H7的工藝孔，作為定位基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)夾具的平面支撐缸體，更根據(jù)工藝要求在夾具上設(shè)計(jì)兩定位銷配合兩工藝孔完成缸體的定位方案。在夾具平面上設(shè)計(jì)4個(gè)通孔對(duì)應(yīng)缸體基準(zhǔn)表面上的M16-6H螺紋孔，利用標(biāo)準(zhǔn)M16螺栓將缸體緊固在夾具體上，實(shí)現(xiàn)氣缸的夾緊方案，如圖2所示。

5.2 加工工藝過(guò)程設(shè)置

（1）機(jī)床選擇：選擇DH60臥式加工中心作為加工機(jī)床，此機(jī)床配備高性能FANUC18i數(shù)控系統(tǒng)；全數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，具有交換托盤功能；獨(dú)立鏈?zhǔn)降稁?kù)可存放50余種不同刀具；機(jī)床具有高精加工能力。

（2）刀具加長(zhǎng)桿的應(yīng)用：由于缸體內(nèi)孔為階梯孔，孔軸向較深，在選擇粗鏜和精鏜刀具的刀柄長(zhǎng)度不能滿足孔深要求時(shí)，根據(jù)氣缸內(nèi)孔的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定制BT50刀柄的加長(zhǎng)刀桿的粗、精鏜刀具。

（3）加工順序安排：粗、精加工φ84.2 mm、φ106.8 mm的缸體內(nèi)孔，然后工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°精加工φ34 mm 、φ46 mm的缸體內(nèi)孔。

6 結(jié)語(yǔ)

在壓縮機(jī)缸體零件的制造過(guò)程中，通過(guò)對(duì)合金材料的深入研究，試驗(yàn)驗(yàn)證了各種元素的最佳配比方案；通過(guò)先進(jìn)的鑄造成型工藝和熱處理工藝使缸體具有良好的機(jī)械性能；通過(guò)對(duì)加工設(shè)備、裝夾方案以及加工參數(shù)等工藝內(nèi)容的設(shè)計(jì)，完成了缸體零件的加工。經(jīng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)氣缸內(nèi)孔進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示各部分精度達(dá)到了技術(shù)要求，在批量生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械加工成品率達(dá)到97%。

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