提升發(fā)動(dòng)機(jī)缸體機(jī)加工清潔度的方法及其應(yīng)用

武 書(shū)

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件之一，其清潔度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配、性能、使用壽命具有重要的影響。缸體內(nèi)部的毛刺、雜質(zhì)將會(huì)造成異常磨損，軸瓦刮傷，曲軸抱死等問(wèn)題[1]。缸體的外部的雜質(zhì)、毛刺將會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配，螺栓卡滯、滑牙等問(wèn)題，目前對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體機(jī)加工的清潔度的控制主要通過(guò)中間清洗機(jī)和最終清洗機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)有的工藝控制條件下，主要還存在以下兩類問(wèn)題：（1）工藝順序編排不合理，導(dǎo)致缸體外部的部分螺紋孔有毛刺，且無(wú)法去除；（2）缸體內(nèi)部主油道貫穿孔、曲軸孔缺少接觸式去毛刺功能，導(dǎo)致有殘留毛刺。它們嚴(yán)重影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能[2]。本文旨在探索去除缸體毛刺以及提升缸體的清潔度的方法，確保發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能。

1 毛刺產(chǎn)生機(jī)理及解決辦法

本文涉及的缸體的材質(zhì)為鑄鐵，該材質(zhì)具有較好的韌性、延展性。金屬在刀具的切屑刃與前刀面作用下，受擠壓產(chǎn)生滑移變形，工件的邊、角、棱等往往產(chǎn)生較大的塑性變形，切屑與工件斷裂分離后，部分殘留在工件上就會(huì)形成毛刺。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的來(lái)說(shuō)，主要是在加工貫穿孔、通孔等特征時(shí)會(huì)產(chǎn)生毛刺。對(duì)于缸體的部分特征加工，毛刺無(wú)法避免。但可根據(jù)毛刺產(chǎn)生的機(jī)理去解決加工產(chǎn)生的毛刺及所帶來(lái)的對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)影響的問(wèn)題。

1.1 缸體外部的部分安裝螺紋孔有毛刺

該問(wèn)題主要缸體上的啟動(dòng)電機(jī)安裝螺紋加工產(chǎn)生的毛刺的問(wèn)題，如圖1所示，會(huì)導(dǎo)致安裝螺栓卡滯、滑牙問(wèn)題。該特征加工包含以下加工過(guò)程：粗銑啟動(dòng)電機(jī)安裝面、精銑電機(jī)安裝面、鉆啟動(dòng)電機(jī)安裝孔、攻啟動(dòng)電機(jī)安裝孔。通過(guò)分析不同的加工順序，產(chǎn)生的毛刺的大小及其毛刺的朝向。

圖1 啟動(dòng)電機(jī)安裝面、安裝螺紋孔及毛刺示意圖

分析不同的加工方案順序如圖2所示，其中方案一、方案二產(chǎn)生的毛刺朝向均向內(nèi)側(cè)，方案三的毛刺朝向外側(cè)。

圖2 不同工藝方案產(chǎn)生的毛刺朝向的分析圖

分析不同加工順序可能產(chǎn)生的最大毛刺尺寸情況，如表1所示，根據(jù)不同的工藝編排分析，方案一可能產(chǎn)生的最大毛刺為1.1 mm，方案二可能產(chǎn)生的最大毛刺為0.5 mm，方案三可能產(chǎn)生的最大毛刺為0.6 mm.

表1 不同工藝編排毛刺大小分析表

因此，通過(guò)分析對(duì)比毛刺的產(chǎn)生的朝向及其大小，結(jié)合零件的安裝需求，選擇合適的加工工藝順序，可以達(dá)到最優(yōu)的加工效率及加工質(zhì)量。

1.2 缸體內(nèi)部主油道、曲軸孔的毛刺

缸體內(nèi)部主油道、曲軸孔的毛刺會(huì)導(dǎo)致異常磨損，曲軸抱死，OCV閥芯卡滯等。缸體內(nèi)部毛刺的殘留問(wèn)題，主要集中在兩個(gè)部位，一是曲軸孔精鏜刀具切出的位置，二是主油道與斜油道的貫穿孔位置處。

曲軸孔精鏜加工，由于曲軸孔的直徑過(guò)大，在現(xiàn)有工藝加工條件，在刀具切出的位置產(chǎn)生的很大的毛刺，如圖3所示，毛刺沿圓周方向連成一片。毛刺的粘附力大，在后期的去毛刺過(guò)程中，很難去除。

圖3 曲軸孔精鏜毛刺的示意圖

為了能夠順利的去除毛刺，首先需要考慮解決毛刺過(guò)大的問(wèn)題。因此，針對(duì)毛刺過(guò)大的問(wèn)題，需要優(yōu)化精鏜的加工工藝，選擇合適刀具切屑角度、加工參數(shù)等，確保在精鏜的加工過(guò)程中，改善切屑效果，降低刀具對(duì)工件的擠壓，減少待加工表面的滑移變形，使大部分的代加工的材料被刀具切屑掉，減小毛刺的尺寸。

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的主油道與輔助油道的貫穿處會(huì)產(chǎn)生毛刺。由于油道的直徑較小，所以產(chǎn)生的毛刺也較小。且加工工藝為先加工主油道，后加工斜油孔及其它輔助油道，所以毛刺的指向均朝向主油道內(nèi)側(cè)，如圖4所示，毛刺朝向有利于毛刺的統(tǒng)一去除。

圖4 主油道毛刺示意圖

但是在現(xiàn)有的工藝下，僅在最終清洗機(jī)中采用高壓水（20～30 MPa）去毛刺的工藝。由于該方法為沒(méi)接觸式的去毛刺方法，對(duì)于毛刺粘附力稍大的毛刺就無(wú)法去除，去毛能力不高，可靠性不強(qiáng)。為了提高去毛刺的能力，可以增加接觸式的機(jī)械去毛刺工藝。

2 方法應(yīng)用驗(yàn)證

（1）采用新的工藝編排順序解決啟動(dòng)電機(jī)安裝螺紋孔毛刺的問(wèn)題

根據(jù)前面分機(jī)理分析，得到了理論最優(yōu)去除毛刺的工藝順序，以減少產(chǎn)生毛刺的可能性，表2所示為現(xiàn)有的加工工藝順序與理論最優(yōu)工藝順序的對(duì)比分析?，F(xiàn)有的加工工藝不管是從毛刺的朝向或者是產(chǎn)生毛刺大小的可能性，都存在一定的問(wèn)題。該問(wèn)題將會(huì)直接導(dǎo)致安裝螺栓孔的卡滯及其滑牙問(wèn)題。

表2 啟動(dòng)電機(jī)安裝孔加工工藝對(duì)比分析

根據(jù)理論最優(yōu)的加工順序加工驗(yàn)證，如圖5所示，啟動(dòng)電機(jī)的安裝螺紋孔切出的位置，已經(jīng)比較光潔，殘留的毛刺很小，而且朝向也是向外側(cè)，對(duì)螺栓安裝無(wú)影響，不會(huì)造成螺栓卡滯，滑牙。

（2）采用新的線鏜刀工藝解決曲軸毛刺過(guò)大的問(wèn)題

圖5 啟動(dòng)電機(jī)安裝螺紋毛刺示意圖

現(xiàn)有工藝采用的是導(dǎo)套式半精、精鏜組合刀具，如圖6所示，采用的單個(gè)曲軸孔加工，加工參數(shù)相對(duì)過(guò)快。優(yōu)化工藝新刀具，采用線鏜式半精、精鏜組合刀具，如圖7所示，一次性加工所有曲軸孔，可適當(dāng)降低進(jìn)給參數(shù)，且線鏜刀有主軸承支撐，加工結(jié)果更加穩(wěn)定。

圖6 導(dǎo)套半精、精鏜組合刀具

圖7 線鏜式半精、精鏜組合刀具

新舊刀具結(jié)構(gòu)及其加工參數(shù)的對(duì)比如表3所示。通過(guò)對(duì)比，新刀的進(jìn)給速度半精鏜，由314 mm/min降低為 135 mm/min，精鏜由 198 mm/min降低為 70 mm/min，待加工表面受到的擠壓力得到有效降低，產(chǎn)生的滑移變形變小。主偏角由增加到減少，降低了吃刀抗刀力，減少了加工震動(dòng)與滑移變形。

表3 新舊刀具對(duì)比表

采用新刀具及新的加工參數(shù)，加工驗(yàn)證，如圖8所示，曲軸孔的毛刺得到了有效的改善，由連續(xù)的大型片狀毛刺，變成了點(diǎn)狀的細(xì)小毛刺。

圖8 刀具優(yōu)化前后毛刺效果對(duì)比圖

（3）增加機(jī)械式毛刷去曲軸孔、主油道毛刺

為了強(qiáng)化去毛刺的效果，給主油道、曲軸孔增加去毛刺的專用毛刷。通過(guò)毛刷與毛刺的機(jī)械接觸，達(dá)到徹底去除毛刺的功能。為了保證去毛刺的效果，需要保證毛刷具備一定的硬度及其強(qiáng)度，同時(shí)需要保證與毛刷接觸的表面質(zhì)量，不能出現(xiàn)表面的劃傷問(wèn)題。因此，選擇毛刷的材質(zhì)為碳化硅磨料絲，單根料絲的直徑控制在0.5～0.8 mm.

增加毛刷去毛刺后，主油道及曲軸孔的內(nèi)部的毛刺情況得到很好的改善，主油道貫穿孔處，毛刺被完全去除。曲軸孔毛刺去除效果良好。剩余小部分的突起，在后續(xù)的裝配及其發(fā)動(dòng)的運(yùn)行中不會(huì)脫落，不會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)的清潔度問(wèn)題。增加毛刷后，去毛刺的效果圖如圖9所示。

圖9 增加毛刷后，去毛刺的效果圖

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)工藝順序的編排，加工工藝的優(yōu)化以及新增一些去毛刺的刀具，可以有效地改善發(fā)動(dòng)機(jī)的局部清潔度，提升發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)性能，降低制造成本等，但是對(duì)于整個(gè)發(fā)動(dòng)缸體的清潔度而言，需要從加工、轉(zhuǎn)運(yùn)、存儲(chǔ)各個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，才能從根本上來(lái)解決發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的清潔度問(wèn)題，提升發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]張洪寶，劉 輝.發(fā)動(dòng)機(jī)缸體油道清潔度控制方法研究[J].化工管理，2017，4（11）：171-172.

[2]劉仰銀.提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體清潔度工藝措施研究及分析[C]//戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)與科技支撐——2012年山東省科協(xié)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2012：233-235.