活塞加工技術(shù)的研究分析

王華超 王磊

摘要：為了提升汽車應(yīng)用的時(shí)效性，要對(duì)汽車技術(shù)和活塞技術(shù)予以重視，落實(shí)全自動(dòng)鑄造處理方案，滿足質(zhì)量應(yīng)用要求的同時(shí)，推動(dòng)活塞加工設(shè)備技術(shù)發(fā)展進(jìn)程。本文分析了活塞加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并著重分析了活塞加工技術(shù)的工藝規(guī)程，并討論了基于DEFORM的鍛鋁活塞切削加工和基于VERICUT的活塞數(shù)控加工的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：活塞加工;現(xiàn)狀;工藝規(guī)程;鍛鋁活塞

中圖分類號(hào)：TK243.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）11-0119-02

1? 活塞加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀

伴隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，汽車產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出高速發(fā)展的趨勢(shì)，活塞技術(shù)的研究受到了更多的關(guān)注，但是對(duì)于活塞鑄造方面還存在一定的滯后性。尤其是利用鋁液手工澆筑的方式盡管能提升操作的時(shí)效性，但是澆筑的廢品率也較高，若是進(jìn)行大直徑澆筑，受到的人為因素影響率也會(huì)增大?；诖?，要全面整合金屬活塞切削工藝的水平，除了要對(duì)加工設(shè)備予以重視外，也要關(guān)注精磨處理、精加工等方案的升級(jí)，提升數(shù)控程度的基礎(chǔ)上，優(yōu)化加工水平[1]。

2? 活塞加工技術(shù)的工藝規(guī)程

為了確?；钊庸ぜ夹g(shù)的合理性和規(guī)范性，要結(jié)合工藝流程構(gòu)建對(duì)應(yīng)的操作工序，確保能在提升加工水準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，依據(jù)關(guān)鍵工序和工步優(yōu)化工藝參數(shù)的準(zhǔn)確性，維護(hù)活塞加工技術(shù)的應(yīng)用效果。只有完善零部件工藝規(guī)程，才能提升指導(dǎo)過程的綜合質(zhì)量，并且優(yōu)化工藝生產(chǎn)率的控制效果。

2.1 工藝過程

活塞加工要遵循以下工序：

①鍛坯。

②粗車外圓處理，端面處理，并完成初步鉆孔處理。

③劃線。

④粗鏜孔處理。

⑤對(duì)精車端面予以控制，完成銑缺口控制。

⑥進(jìn)行外圓端面、環(huán)槽和鉸孔的處理，并且依據(jù)半精鏜孔進(jìn)行圓弧設(shè)定。

⑦振動(dòng)去應(yīng)力參數(shù)，維持銑兩側(cè)平面平衡。

⑧修補(bǔ)止口，進(jìn)行精車型線的處理，與此同時(shí)，精鏜孔處理。其中，鏜孔控制在。

⑨集中進(jìn)行毛刺的修剪處理，并進(jìn)行激光打印，能結(jié)合標(biāo)識(shí)完成對(duì)應(yīng)工作。

2.2 基本方法

第一，對(duì)活塞表面進(jìn)行集中加工，主要分為粗加工和精加工，按照對(duì)應(yīng)的加工要求和要點(diǎn)落實(shí)具體方案，維持應(yīng)用的合理性和規(guī)范性。例如，粗加工主要針對(duì)的是止口位置、外圓位置以及端面位置。而精加工主要針對(duì)的是外圓位置、環(huán)槽位置等，具有鮮明特征表面的精加工處理工序要在最后環(huán)節(jié)，以保證不會(huì)對(duì)表面特征產(chǎn)生影響。只有維持活塞銷孔處理的合理性，才能提升活塞和連桿的應(yīng)用性能，維持精度級(jí)別和應(yīng)用效率。

第二，活塞定位的基準(zhǔn)要滿足應(yīng)用要求和規(guī)范，精確選擇對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)參數(shù)，維持匹配的應(yīng)用模式，并且提升加工精度，從而減少累積誤差造成的不良影響。也就是說，在實(shí)際操作過程中，要將基準(zhǔn)統(tǒng)一作為根本指標(biāo)，優(yōu)化加工定位的整體效果。另外，要減少累積誤差，避免利用外圓定位的方式單一完成測(cè)定分析，而造成活塞外圓受到擠壓力出現(xiàn)變形[2]。

2.3 確定關(guān)鍵工序

要想提升機(jī)械加工工藝流程的穩(wěn)定性和運(yùn)行合理性，就要保證關(guān)鍵工序的質(zhì)量水平，只有提升關(guān)鍵工序的加工能力，才能提高整體活塞加工控制工作的水平?；钊Y(jié)構(gòu)是曲柄連桿結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵零件，因此，其最大的作用就是承受氣體在燃燒后產(chǎn)生的壓力和慣性力，并且將相應(yīng)的壓力直接傳遞到連桿，推動(dòng)曲軸的旋轉(zhuǎn)操作，維持動(dòng)力的基本輸出。然而，在氣體壓力以及往返慣性力、側(cè)壓力的共同作用下，活塞難免會(huì)出現(xiàn)銷孔開裂等問題，甚至?xí)驗(yàn)槟p影響正常運(yùn)行，所以要對(duì)活塞銷孔加工精度予以關(guān)注，將其作為關(guān)鍵工序，落實(shí)標(biāo)準(zhǔn)化施工操作流程。目前，較為常見的加工過程分為粗鏜孔（圖1）、半精鏜孔（圖2）、精車型線鏜孔（圖3），結(jié)合對(duì)應(yīng)的操作要求，完成關(guān)鍵工序內(nèi)容。

結(jié)合具體環(huán)境要求和精度要求完成工序加工處理，并且確保相應(yīng)的加工模式和加工要求滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，且對(duì)應(yīng)模型的精度參數(shù)都在規(guī)定范圍內(nèi)[3]。具體參數(shù)見表1。

2.4 數(shù)控加工工藝要點(diǎn)

第一，確定具體的裝夾方式，在活塞數(shù)控加工方案中，若是進(jìn)行螺旋槽磨削加工，則要匹配四軸加工中心，夾緊三爪氣動(dòng)卡盤的基礎(chǔ)上，完成相應(yīng)操作工序，不僅能提升零件加載的效率，還能減少夾緊變形等問題，維持工作面頂部加工的對(duì)稱性[4]。

第二，針對(duì)有止口活塞機(jī)的數(shù)控加工。要加工第一個(gè)擋塊，匹配對(duì)應(yīng)的加工削孔處理方案，確保外圓加工、止口加工、打孔操作等都能按照標(biāo)準(zhǔn)化流程得以落實(shí)，最后進(jìn)行切換槽處理，按照精車燃燒室操作規(guī)范予以精鏜銷孔控制，檢查參數(shù)的合理性后完成加工。需要注意的是，這種操作方式較為便捷，能在滿足尺寸的基礎(chǔ)上提升精準(zhǔn)性。除此之外，還可以應(yīng)用針孔法進(jìn)行數(shù)控加工處理，盡管相較于第一種方法應(yīng)用時(shí)長(zhǎng)會(huì)有所增加，但是其精度大大提高，且對(duì)應(yīng)的適用范圍較為廣泛，具有一定的推廣價(jià)值。

第三，無止口活塞數(shù)控加工。要按照活塞裙下端添加止口-切除止口的方式進(jìn)行對(duì)應(yīng)操作，確保定位的精準(zhǔn)性和活塞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3? 活塞加工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

在明確活塞加工技術(shù)應(yīng)用規(guī)范和關(guān)鍵工序的基礎(chǔ)上，就要結(jié)合具體要求落實(shí)更加精準(zhǔn)的技術(shù)方案，提升活塞加工的質(zhì)量水平。尤其是在零件切削過程中，只有提升切削參數(shù)選取的合理性，才能滿足高效率應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 基于DEFORM切削模型的加工技術(shù)

DEFORM軟件在實(shí)際應(yīng)用中，要結(jié)合有限元方法和數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)，將金屬切削理論和彈塑性力學(xué)作為基礎(chǔ)，有效建構(gòu)物理仿真模式，從而滿足工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)處理，提升加工的實(shí)效性。DEFORM軟件中的基礎(chǔ)模塊能維持金屬成型的三維流動(dòng)需求，提升工藝分析的實(shí)時(shí)性和合理性[5]。

第一，建立切削過程的幾何模型，能結(jié)合建模要求完成三維模型的處理，保存為.stl格式，導(dǎo)入DEFORM軟件完成刀具模型的生成，與此同時(shí)，若是模型的幾何屬性較為復(fù)雜，則要借助CAD/CAE集成處理工序，確保模型信息合理性，簡(jiǎn)化幾何屬性的同時(shí)，利用DEFORM軟件就能生成10mm的工件。

第二，在關(guān)鍵工序處理工作中，為了減少運(yùn)算工作量，也要依據(jù)仿真數(shù)據(jù)處理方案進(jìn)行加工工件的應(yīng)用處理，保證模擬的合理性。因?yàn)楣ぜ蓵?huì)在X（刀具進(jìn)給方向）、Y（刀具切削方向）以及Z（工件的實(shí)際切割深度）的方向出現(xiàn)自由度約束問題，沿著Y軸的正方向進(jìn)行工件的切割處理，按照恒定速度處理工序。

第三，在仿真分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)材料結(jié)構(gòu)性質(zhì)的改變，也要依據(jù)溫度差別和變形差異開展對(duì)應(yīng)分析，確保能利用模型描述切削過程的應(yīng)變應(yīng)力參數(shù)、應(yīng)變速率參數(shù)以及溫度參數(shù)，構(gòu)建三者的函數(shù)關(guān)系，最大程度上依據(jù)DEFORM中建立的Johnson-Cook模型分析材料應(yīng)變率。

第四，要對(duì)粗鏜孔切削這一關(guān)鍵工序予以仿真分析，要利用人機(jī)交互界面完成切削用量的輸入，本文選取鉆削的方式，單位為SI，設(shè)置對(duì)應(yīng)的工作溫度為20攝氏度，材料為硬質(zhì)合金WC。具體參數(shù)如下：①密度為14500kg/m3;②彈性模量為640GPa;③泊松比為0.22;④導(dǎo)熱系數(shù)為75.4m·℃;⑤比熱容為220J/kg·℃[6]。

第五，進(jìn)行網(wǎng)格的實(shí)際劃分和重劃分，結(jié)合對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格應(yīng)用要求以及規(guī)范，進(jìn)行劃分計(jì)算，劃分的要求要匹配精度要求和計(jì)算效率，滿足網(wǎng)格應(yīng)用的基本模式。目前，DEFORM軟件中，較為常見的劃分方式就是制定網(wǎng)格的總數(shù)量，結(jié)合絕對(duì)尺寸進(jìn)行密集網(wǎng)格的處理，匹配劃分模型，從而獲得材料信息。

3.2 基于DEFORM切削模型的加工技術(shù)

基本加工流程如下：①建構(gòu)虛擬數(shù)控機(jī)床模型，配置機(jī)床文件;②建模毛坯模型和夾具模型，檢測(cè)干涉和碰撞問題;③建立刀具模型;④設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，并完成編程原點(diǎn)處理;⑤加工仿真[7]。依據(jù)對(duì)應(yīng)的操作工序標(biāo)準(zhǔn)和仿真步驟，有效落實(shí)仿真操作，完善參數(shù)的分析和控制工作。

4? 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，活塞加工工藝的質(zhì)量直接關(guān)系到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的發(fā)展，因此，技術(shù)部門要積極落實(shí)精細(xì)化加工技術(shù)方案，整合具體技術(shù)流程和要點(diǎn)，配合使用對(duì)應(yīng)軟件完善加工工藝操作，提升活塞的制造質(zhì)量，維持工藝流程的合理性和規(guī)范性，為汽車行業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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