摘要：以TU5JP4汽車發(fā)動機(jī)機(jī)油泵為研究對象，其主要使用在神龍汽車有限公司系列乘用車發(fā)動機(jī)中。在該款機(jī)油泵加工制造過程中，殼體是其主要加工部件，所占生產(chǎn)時間最長，是影響機(jī)油泵的整體生產(chǎn)效率的主要要素。對現(xiàn)有機(jī)油泵殼體加工工序做了分析并進(jìn)行了時間測量，每件產(chǎn)品加工時間為597 s；采用更改刀具和工藝參數(shù)以及更改毛坯設(shè)計的方法改進(jìn)后，每件產(chǎn)品加工時間縮短為463 s，該改進(jìn)為有類似結(jié)構(gòu)的機(jī)油泵殼體加工提供了參考。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機(jī)；機(jī)油泵殼體；切削加工

中圖分類號：TH162 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2550（2013）04-0055-04

機(jī)油泵直接影響著發(fā)動機(jī)的整機(jī)性能，尤其是發(fā)動機(jī)的使用壽命和節(jié)能效果[1，2]。本文論述的機(jī)油泵（1011TU5）是一種齒輪式機(jī)油泵，具有效率高、功率損失小及工作可靠等特點，主要使用在神龍汽車有限公司系列乘用車發(fā)動機(jī)中。由于該款機(jī)油泵對神龍汽車有限公司供貨量很大，月產(chǎn)量達(dá)20 000件以上，所以提高單件的生產(chǎn)效率有很大的意義。而機(jī)油泵殼體加工是影響機(jī)油泵制造生產(chǎn)效率的重要因素，通過機(jī)油泵殼體加工工藝的優(yōu)化，縮短其加工時間，可以提高機(jī)油泵的生產(chǎn)效率。

1 TU5JP4機(jī)油泵結(jié)構(gòu)與工作原理

TU5JP4機(jī)油泵是一種采用外嚙合方式的齒輪式機(jī)油泵，主要由殼體、主動軸、主動齒輪、從動軸、從動齒輪、泵蓋、機(jī)油集濾器、傳動鏈輪等組成，見圖1。機(jī)油泵工作時，由發(fā)動機(jī)傳來的動力通過鏈輪傳遞給機(jī)油泵殼體內(nèi)的主動齒輪帶動其旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動從動齒輪作反方向的旋轉(zhuǎn)，將機(jī)油從進(jìn)油腔沿齒隙與機(jī)油泵殼壁送至出油腔。這樣，進(jìn)油腔處便形成低壓而產(chǎn)生吸力，把油底殼內(nèi)的機(jī)油吸進(jìn)油腔。由于主、從動齒輪不斷地旋轉(zhuǎn)，機(jī)油便不斷地被壓送到需要潤滑的部位。

2 TU5JP4機(jī)油泵殼體結(jié)構(gòu)與工藝分析

2.1 機(jī)油泵殼體結(jié)構(gòu)分析

TU5JP4機(jī)油泵殼體材料為鋁合金AS9U3，拉伸強度為240～310 MPa，硬度為80～110 HBS，是機(jī)油泵主從動齒輪安裝的載體，其毛坯通過壓鑄而成，主要加工部位為主從動軸孔、主從動齒輪室、泵蓋安裝平面、安裝螺紋孔等，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 機(jī)油泵殼體加工工藝分析

機(jī)油泵殼體主要部位加工采用數(shù)控加工中心進(jìn)行加工，其主要加工工序為銑安裝平面、擴(kuò)M6螺紋底孔、攻M6螺紋、擴(kuò)主從動軸孔、擴(kuò)齒輪室孔、鏜主從動軸孔及齒輪室孔、擴(kuò)限壓閥孔、精鏜限壓閥孔等。經(jīng)過測量，銑安裝平面、擴(kuò)M6螺紋底孔、攻M6螺紋、擴(kuò)主從動軸孔、鏜主從動軸孔及齒輪室孔加工工序占整個殼體加工時間為74%，見圖3，這些工序也是影響殼體加工時間的主要工序，殼體的單件加工總時間為597s，減少以上工序加工時間就可以減少殼體總的加工時間。

由于殼體加工采用的是數(shù)控加工中心，在數(shù)控加工中，正確合理地選擇切削參數(shù)對確保產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本起著十分重要的作用。近年來，隨著數(shù)控技術(shù)的普遍應(yīng)用以及各種先進(jìn)制造技術(shù)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)輔助時間大大降低，相應(yīng)地，切削時間所占的比重就大大提高。因此縮短切削加工時間，對提高生產(chǎn)率起著重要的作用[3]。所以在確定好加工工件、機(jī)床以及在保證刀具耐用度的前提下，影響生產(chǎn)效率的主要因素為切削速度、進(jìn)給量等[4]。對于機(jī)油泵殼體加工中，影響殼體加工時間的主要工序采用的切削參數(shù)，都是使用了多年的工藝參數(shù)，具體的參數(shù)見表1。由表中可以看到銑安裝平面、擴(kuò)M6螺紋底孔、擴(kuò)主從動軸孔工序中切削速度較低；而攻M6螺紋工序由于底孔位置有偏差，攻絲速度過快會導(dǎo)致絲錐折斷和螺紋過大，不能采用較高的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給；鏜主從動軸孔及齒輪室孔工序切削速度已經(jīng)達(dá)到398 m/min，并且該工序采用的Mapal導(dǎo)條式復(fù)合鉸刀，切削參數(shù)已被刀具廠家設(shè)定為最佳，無法更改。所以只能從提高銑安裝平面、擴(kuò)M6螺紋底孔、擴(kuò)主從動軸孔工序的切削參數(shù)來提高生產(chǎn)效率。

3 TU5JP4機(jī)油泵殼體工藝優(yōu)化

3.1 銑安裝平面工序優(yōu)化

銑機(jī)油泵殼體安裝平面是該平面的最終加工工序，該工序在產(chǎn)品調(diào)試階段使用的是Mapal公司的鋁合金面銑刀，最多可裝刀片8片。Mapal原裝的硬質(zhì)合金刀片，價格約2 000元/片，打刀時損失較大。所以測試階段為了減少打刀的情況，將刀片數(shù)量降低為4片，降低意外打刀時的損失。由于油泵殼體是鋁合金材料，加工刀具材料可以選擇硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、PCD等，因金屬陶瓷刀具因脆性較大，抗彎強度和沖擊韌性低，使用受到限制，不適合粗加工，僅用于精加工；而硬質(zhì)合金刀具和PCD刀具在加工使用中在多數(shù)情況是可以相互替換的，在粗加工時應(yīng)采用不含TiC的無涂層的硬質(zhì)合金刀具，PCD刀具由于其不同的晶粒尺寸具有更廣泛的應(yīng)用，可實現(xiàn)高速、高精度、高穩(wěn)定性加工，而國內(nèi)對其應(yīng)用也比較成熟。所以在產(chǎn)品量產(chǎn)后，為降低成本，將Mapal的硬質(zhì)合金刀片改為國產(chǎn)的PCD刀片[5]，但切削參數(shù)未按照PCD刀片進(jìn)行調(diào)整，仍按照硬質(zhì)合金刀片的切削參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)?，F(xiàn)將刀片數(shù)量由4片改為8片，按照PCD刀片參數(shù)調(diào)整，提高轉(zhuǎn)速至3 500 r/min，提高刀具切削速度至1 374 m/min，提高進(jìn)給量至1 000 mm/min，刀具結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.2 擴(kuò)M6螺紋底孔工序優(yōu)化

機(jī)油泵殼體毛坯為鋁合金壓鑄件，為防止螺紋孔內(nèi)產(chǎn)生縮孔和氣孔，預(yù)留了6個螺紋底孔，鑄出的底孔為Φ4的通孔，如圖5所示。由于鑄孔的位置度偏差較大，使用硬質(zhì)合金鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔時其中心和預(yù)留孔中心不同心，易出現(xiàn)折斷或出現(xiàn)橢圓孔，最后只能采用高速鋼鉆頭低速加工并允許鉆頭隨底孔導(dǎo)偏。現(xiàn)在改變毛坯設(shè)計，將鑄造的Φ4的通孔改為Φ3的鑄造淺盲孔，如圖5所示，既不至于增加此處的氣孔，又有利于鉆頭一次鉆孔，改善了鉆頭的切削條件，采用整體硬質(zhì)合金鉆頭加工底孔，并采用ER32-12彈簧夾頭刀柄，其跳動為0.02 mm，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，可以將進(jìn)給量提高到800 mm/min，切削速度提高為47 m/min。

3.3 擴(kuò)主從動軸孔工序優(yōu)化

本工序是粗加工，該工序要給精加工鏜孔留出余量，采用的是JT40-ER32-80刀柄見圖6，采用的刀具是長度為70 mm的Φ11.7銑鉸刀，刀具本身跳動0.02 mm，加上裝夾誤差，整體跳動將超過0.05 mm。刀具跳動太大時，高轉(zhuǎn)速銑刀容易發(fā)生嘯叫，影響尺寸精度，導(dǎo)致該工序切削參數(shù)無法提高[6]?，F(xiàn)采用液壓刀柄，這種刀柄如擰緊加壓螺栓，可以提高封閉油腔內(nèi)的油壓，使油腔內(nèi)壁均勻而對稱地向軸線方向膨脹，起到夾緊刀具的作用。液壓刀柄具有極高的夾持回轉(zhuǎn)精度，使多刃刀具各切削刃得到均勻使用，在鉆、擴(kuò)孔切削中有效地減小橫向力，防止發(fā)生斷刀。刀具擺差降低至0.003 mm以內(nèi)，夾持扭矩可達(dá)75～150 Nm ，具體參數(shù)見表2。通過刀柄的改進(jìn)后，可以將該工序進(jìn)給量提高到1 000 mm/min，切削速度提高為113 m/min。

3.4 工藝優(yōu)化結(jié)果分析

通過上述各工序的改進(jìn)，可以得到改進(jìn)后的各工序切削參數(shù)，通過時間測量可以得到加工后的各工序加工時間并和改進(jìn)前的加工時間對比，見表3。從表3中可以看到通過改進(jìn)銑安裝平面、擴(kuò)M6螺紋底孔、擴(kuò)主從動軸孔工序的切削參數(shù)，減少了擴(kuò)M6螺紋底孔鉆頭折斷的現(xiàn)象，使總加工時間縮短了134 s，同時減少了兩臺數(shù)控加工中心的使用時間，為其他品種的機(jī)油泵產(chǎn)品的加工讓出了生產(chǎn)能力。

4 結(jié)語

通過對TU5JP4機(jī)油泵殼體的加工工序的分析，可以發(fā)現(xiàn)銑安裝平面、擴(kuò)M6螺紋底孔、擴(kuò)主從動軸孔工序的切削參數(shù)有提高空間，所以對上述工序進(jìn)行了優(yōu)化，增加了銑安裝平面的刀片的數(shù)量；改變了機(jī)油泵殼體螺紋底孔毛坯設(shè)計和使用硬質(zhì)合金鉆頭；改擴(kuò)主從動軸孔工序的JT40-ER32-80刀柄為液壓刀柄；同時提高各工序的進(jìn)給量和切削速度。經(jīng)過以上的改進(jìn)和工藝參數(shù)的優(yōu)化，使加工時間縮短了134 s，為該公司其他鋁合金殼體件殼體加工提供了改進(jìn)和優(yōu)化的方向。

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