聊起夾具,,汽配件夾具相信是一個(gè)永不褪溫的話(huà)題,,各類(lèi)異形工件、夾持難題的解決,,都是夾具企業(yè)的一把把辛酸淚,。而如今,隨著制造業(yè)整體生產(chǎn)周期的加速,,對(duì)于夾具企業(yè)來(lái)說(shuō),,夾具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)是一回事,對(duì)于夾持零件的工藝改造,,也是非常重要的一環(huán),。
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1 M: E( T# _" z+ q9 t 今天,就讓我們來(lái)看看汽配零件的“人氣選手”缸蓋的工藝優(yōu)化研究,!% a) t1 Z8 f t- J% j
5 m1 E- ^# p( C# }7 Y 一,、缸蓋概述缸蓋是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一,其位于發(fā)動(dòng)機(jī)上部,借助螺栓,、缸墊與氣缸體牢固合體。缸蓋用于封閉氣缸并構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室,,同時(shí)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)及相關(guān)部件的裝配基體,,缸蓋加工工藝十分復(fù)雜,其主要特點(diǎn)有兩點(diǎn):第一,,汽車(chē)發(fā)動(dòng)缸蓋通常為六面體,,是多孔薄壁件,孔壁最薄部分僅3.5μ左右,,孔壁加工數(shù)量可達(dá)100個(gè),。第二,缸蓋強(qiáng)度和剛度要求較高,,只有達(dá)標(biāo)才可保證氣體在熱應(yīng)力及壓力的共同作用下穩(wěn)定運(yùn)行,。以上工藝均具有很高的加工精度要求,其加工質(zhì)量好壞直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)效能的發(fā)揮,。 圖1 六面體多孔薄壁件
3 n& @9 c" r7 F$ e 二,、加工工藝詳述及優(yōu)化
9 ^# r6 x% f: R* g2.1:制造材料
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在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域,我們通常以灰鑄鐵,、鋁合金,、蠕墨鑄鐵來(lái)做缸蓋材料。當(dāng)前,,柴油機(jī)通常使用蠕墨鑄鐵或灰鑄鐵,,而汽油機(jī)則較多使用鋁合金,市場(chǎng)上有少量小型柴油機(jī)也采用鋁合金材料,。鋁合金導(dǎo)熱性好,,有利于提高壓縮比,進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)效能,。在節(jié)能環(huán)保理念的推動(dòng)下,,人們對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能減排要求不斷提高,驅(qū)使著包括缸蓋在內(nèi)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)材料不斷優(yōu)化,。以前,,柴油機(jī)四氣門(mén)缸蓋氣門(mén)間裂紋的情況時(shí)有發(fā)生,后來(lái)隨著蠕墨鑄鐵的應(yīng)用推廣,,這一問(wèn)題得到了良好的解決,。
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在缸蓋加工領(lǐng)域,由于灰鑄鐵,、鋁合金,、蠕墨鑄鐵三種材質(zhì)的特性不同,其加工效率也不同,。就加工效率而言,,三種材質(zhì)中以蠕墨鑄鐵效率最低,,而鋁合金效率最高。
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2.2:加工生產(chǎn)線(xiàn)與工藝 ( D0 [( q. N$ k' o9 ~+ ~. t/ m) L; @
在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋加工領(lǐng)域,,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)常用的蠕墨鑄鐵或灰鑄鐵缸蓋生產(chǎn)線(xiàn)布置通常有三種: ①為專(zhuān)用設(shè)備生產(chǎn)線(xiàn),。其擁有加工效率較高、刀具等運(yùn)行成本較低的優(yōu)勢(shì),,通常用于定型缸蓋的大批量生產(chǎn),;劣勢(shì)在于一旦需要改變產(chǎn)品設(shè)計(jì),則改造成本非常高,。 ②加工中心+專(zhuān)用設(shè)備生產(chǎn)線(xiàn),,通常用于持續(xù)有小幅調(diào)整更改的產(chǎn)品,其改造成本可以很好地控制,。 ③由加工中心組成的柔性生產(chǎn)線(xiàn),,通常用于生產(chǎn)未定型發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品或產(chǎn)量較低的產(chǎn)品,其劣勢(shì)在于刀具等運(yùn)行成本較高,。在當(dāng)今的鋁合金缸蓋加工工藝中,,生產(chǎn)線(xiàn)通常為加工中心構(gòu)成的柔性生產(chǎn)制造系統(tǒng),設(shè)備主軸多采用電主軸,,主軸轉(zhuǎn)速通常都定在7 000 r/mm以上,。對(duì)于柔性加工線(xiàn),頂?shù)酌婕庸た刹捎昧⑹郊庸ぶ行耐瓿�,,而四�?cè)面孔加工則可采用臥式加工中心完成,。基于柔性加工線(xiàn)的成本分析,,立式加工性?xún)r(jià)比較高,,因此比較受用戶(hù)歡迎。在缸蓋加工中,,加強(qiáng)立式加工中心的配置無(wú)疑可以獲得更好的成本優(yōu)勢(shì),。 對(duì)于生產(chǎn)線(xiàn)的總體布置,通常集中工序單元采用“U”型布線(xiàn),,與此同時(shí),,在進(jìn)行工藝方案設(shè)計(jì)時(shí),必須充分考慮到物流,、投資與產(chǎn)出綜合成本,、人體工學(xué)最優(yōu)化等諸多因素。
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圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋生產(chǎn)線(xiàn) & ?: z2 ?; b+ ^; f8 c2 l; h- y' f
三,、鋁合金缸蓋加工工藝的難點(diǎn)及優(yōu)化
4 K4 t! g) A- b! Z3.1:平面加工 , ]" j) G2 x0 z' Z; L
從缸蓋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)看,,大平面較多,進(jìn)、排氣面和項(xiàng)面,、底面均為大平面,,這就要求平面度及表面粗糙度等精度必須保持較高水平,進(jìn)而要求機(jī)床擁有實(shí)現(xiàn)高精度加工的能力,,能達(dá)到較高的刀具調(diào)整精度和幾何精度,。以前,缸蓋大平面主要是運(yùn)用合金刀片加工,,現(xiàn)在由于毛坯情況通常較好,因此常用金剛石刀片加工,,這種工藝可以?xún)?yōu)化缸蓋平面,,提高加工表面的精度。 3 P3 s8 S$ Y) C9 ?7 U9 V( m8 e
3.2:高精度孔加工 0 q1 n" F _" d0 [- g
缸蓋有氣門(mén)導(dǎo)管孔,、凸輪軸孔,、挺桿孔等高精度孔,彼此間配合嚴(yán)密,,因此加工時(shí)要嚴(yán)格把控其表面的粗糙度,、位置及尺寸精度等。在進(jìn)行加工時(shí),,缸蓋氣門(mén)導(dǎo)管和氣門(mén)閥座是同時(shí)進(jìn)給加工,,要做到一次到位,以減少誤差,,保持氣門(mén)導(dǎo)管與閥座的同軸度,。具備密封配合要求的氣門(mén)閥座和錐面,對(duì)圓度及跳動(dòng)有嚴(yán)格要求,;有些氣門(mén)導(dǎo)管孔有運(yùn)動(dòng)件間配合要求,,因此其尺寸精度要求特別高,且由于兩者的材質(zhì)不同,,所以在加工過(guò)程中,,應(yīng)注重刀具材料選用等。
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3.3:氣門(mén)導(dǎo)管底孔加工 }) W$ f* h" O0 ~; M* B! V. t! V! }
氣門(mén)導(dǎo)管底孔的尺寸精度要求非常高,,因此加工時(shí)應(yīng)注意考慮精度要求,,避免誤差出現(xiàn),應(yīng)注意精度控制,,一旦控制不穩(wěn)定,,將影響氣門(mén)導(dǎo)管與缸蓋的配合度,進(jìn)而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性造成影響,。 9 b6 X0 T$ G7 }3 s" Q5 S( |# r
3.4:凸輪軸孔加工
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作為缸蓋中的最長(zhǎng)孔,,凸輪軸孔如運(yùn)用調(diào)頭加工(或分段加工),雖可降低機(jī)床設(shè)備的要求,也基本可保障加工精度,,但無(wú)法滿(mǎn)足凸輪軸孔對(duì)同軸度的加工要求,。所以,加工時(shí)應(yīng)盡可能保證一次成型,。 i3 f$ P* ~' `
3.5:缸蓋加工毛刺的優(yōu)化
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眾所周知,,缸蓋所用的鋁合金材料是塑性材料,加工中難免出現(xiàn)毛刺,。解決毛刺問(wèn)題的關(guān)鍵在于:一是加工中首先要選取合適的參數(shù),,二是提高工件材料的硬度。在加工過(guò)程中,,通常運(yùn)用高壓水或尼龍刷來(lái)去除和弱化毛刺,,這些操作有一定危險(xiǎn)性,需要確保人身安全,。
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圖3 鋁合金與蠕墨鑄鐵缸體 . g9 o* j' q* o+ N6 o
四,、缸蓋加工流程的優(yōu)化要點(diǎn)1 P. T0 \# Q/ M+ n' B- P
缸蓋加工是一個(gè)系統(tǒng)工程,通過(guò)細(xì)致的實(shí)驗(yàn)研究,,我們總結(jié)出了以下優(yōu)化要點(diǎn): 首先,,在工藝總體設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)同時(shí)考慮工序加工后的檢測(cè)程序設(shè)計(jì),,完成一道加工就進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè),,這樣一來(lái)可以有效控制工序質(zhì)量。其次,,缸蓋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,,內(nèi)應(yīng)力的不穩(wěn)定分布可能導(dǎo)致形變,會(huì)影響加工精度,。因此,,我們?cè)谶M(jìn)行缸蓋加工時(shí),通常遵循“先面后孔”的原則,,并通過(guò)將精細(xì)加工和粗加工分散進(jìn)行的手段,,釋放應(yīng)力。其三,,缸蓋的結(jié)合面劃傷可能導(dǎo)致缸蓋品質(zhì)受損,,影響發(fā)動(dòng)機(jī)的效能。因此,,為了避免該問(wèn)題發(fā)生,,我們通常對(duì)結(jié)合面采用精加工,避免發(fā)生后續(xù)破壞,。其四,,隨著自動(dòng)化生產(chǎn)的推進(jìn),,有些加工生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化程度不斷提高,對(duì)于這些自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn),,必須附帶夾具噴氣和刀具折斷等檢測(cè),,避免損失的發(fā)生。 5 T# b J6 T7 m+ X
五,、結(jié)語(yǔ)$ b7 ^4 f$ i# r S( O
缸蓋作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)總成的關(guān)鍵部件,,其工藝品質(zhì)事關(guān)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的整體效能發(fā)揮。缸蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜,,加工工藝標(biāo)準(zhǔn)要求較高,,因此,不斷追求最佳的加工工藝是業(yè)界的一致目標(biāo),。本文對(duì)缸蓋加工及其工藝進(jìn)行了介紹,,分析了缸蓋制造材料和加工生產(chǎn)線(xiàn),深入探討了當(dāng)下主流的鋁合金缸蓋加工工藝特點(diǎn),,并從平面加工、高精度孔加工,、氣門(mén)導(dǎo)管底孔加工,、凸輪軸孔加工、缸蓋加工毛刺的優(yōu)化等方面對(duì)工藝難點(diǎn)進(jìn)行了梳理分析,,提出了優(yōu)化方案,,最后還總結(jié)了缸蓋加工流程的優(yōu)化要點(diǎn)。我們認(rèn)為,,應(yīng)不斷加強(qiáng)缸蓋尤其是鋁合金缸蓋工藝品質(zhì)的優(yōu)化研究,,以適應(yīng)未來(lái)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展要求。
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