（河南柴油機(jī)重工有限責(zé)任公司，洛陽471039）

某型柴油機(jī)機(jī)體缸孔加工技術(shù)研究

李瑞杰，郭宗博

（河南柴油機(jī)重工有限責(zé)任公司，洛陽471039）

針對某型直列6缸柴油機(jī)機(jī)體缸孔加工質(zhì)量問題進(jìn)行工藝技術(shù)研究。介紹了該零件在生產(chǎn)中存在的主要工藝技術(shù)問題，從工藝角度進(jìn)行了詳細(xì)的原因分析，提出了具體的工藝改進(jìn)措施。

1 引言

機(jī)體是柴油機(jī)的關(guān)鍵重要零件之一，其加工質(zhì)量將直接影響柴油機(jī)的可靠性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性。例如缸孔加工不合格將降低柴油機(jī)的燃燒性能，甚至造成拉缸等事故。

某型直列6缸柴油機(jī)是我公司較早引進(jìn)專利技術(shù)開發(fā)的成熟產(chǎn)品，多年以來贏得了用戶的好評。但其機(jī)體缸孔的加工質(zhì)量一直不太穩(wěn)定，返修率較高、質(zhì)量隱患較大。究其原因，主要是因為缸孔加工工藝沿用的是多年前根據(jù)當(dāng)時設(shè)備條件而采取的加工技術(shù)。目前，公司設(shè)備條件不斷改善，人員素質(zhì)越來越高，這一切為提高機(jī)體缸孔加工工藝水平創(chuàng)造了較好的條件。

本文就該問題從工藝角度進(jìn)行分析、研究，并提出提高加工質(zhì)量的解決途徑。

2 機(jī)體缸孔質(zhì)量問題的工藝分析

2.1 缸孔加工技術(shù)要求

圖1為某型柴油機(jī)機(jī)體缸孔加工技術(shù)要求示意圖（其中A-B為機(jī)體曲軸孔中心線）。圖中缸孔為臺階孔，各部位直徑見圖1。其中最上與最下兩臺階孔徑精度為IT7，粗糙度Rz10，圓柱度為0.012 mm，對曲軸孔中心線垂直度φ0.03-0.05 mm；缸孔止推面至曲軸中心距離為（557±0.02）mm，對缸孔中心跳動0.02 mm，粗糙度Rz8。

圖1 機(jī)體缸孔加工技術(shù)要求

以上技術(shù)要求對柴油機(jī)來說十分重要。缸孔止推面到曲軸孔中心距離超差或缸孔對曲軸孔中心線垂直度超差將改變柴油機(jī)壓縮比，降低燃燒性能，甚至?xí)斐苫钊c氣閥的干涉；缸孔尺寸或形位公差超差將使缸套受力不均而產(chǎn)生有害應(yīng)力，嚴(yán)重時造成拉缸現(xiàn)象[1]。

2.2 缸孔原加工工藝簡介

該型柴油機(jī)機(jī)體工藝設(shè)計時由于受加工車間可供利用的數(shù)控設(shè)備的數(shù)量及參數(shù)限制，缸孔的精加工工序安排在安裝軸承蓋之前進(jìn)行。機(jī)床為臥式加工中心，夾具為立式夾具，定位方式是以底面及其上兩定位銷孔定位，使零件與回轉(zhuǎn)工作臺呈直立式狀態(tài)（見圖2）。

圖2 機(jī)體缸孔加工原工藝簡圖

加工時，缸孔深度Z方向按夾具支承面找準(zhǔn)并設(shè)為編程零點，水平X及高低Y方向按夾具圓定位銷找準(zhǔn)。根據(jù)對以往檢驗報告分析，該工藝方案造成的質(zhì)量問題主要有以下三項：（1）缸孔止推面至曲軸中心距離超差；（2）缸孔對曲軸孔中心線形位公差超差；（3）缸孔孔徑尺寸超差。

從工藝執(zhí)行情況看，缸孔止推面至曲軸中心距離超差情況最嚴(yán)重，由此而引起的機(jī)體返修現(xiàn)象也最嚴(yán)重。在不得已情況下，在入庫前增加了刮研氣缸孔止推面工序，但返修質(zhì)量及生產(chǎn)效率都很不理想。另外，缸孔對曲軸孔中心線形位公差超差也較常見。該指標(biāo)包括缸孔對曲軸孔的垂直度、位置度等形位公差，其中以垂直度超差最常見。

2.3 缸孔加工質(zhì)量問題原因分析

從上面敘述可以看出，以上加工方法對機(jī)體缸孔加工的不利影響為：工藝流程對缸孔質(zhì)量的影響、定位夾具對缸孔質(zhì)量的影響和加工刀具對缸孔質(zhì)量的影響。下面就這些影響分別說明。

2.3.1 工藝流程對缸孔質(zhì)量的影響

原工藝對缸孔加工工序安排在軸孔加工之前進(jìn)行，此時軸承蓋尚未安裝，主軸孔還沒加工。為保證缸孔止推面到曲軸孔的尺寸精度，只好采取了收緊尺寸鏈的各組成環(huán)公差的辦法來解決該問題。圖3為缸孔加工尺寸鏈計算簡圖。

圖3 加工尺寸鏈計算簡圖

加工缸孔時原工藝流程是先以底面定位加工缸孔止推面，保證工序尺寸A1；再以底面定位加工曲軸孔，保證工序尺寸A2，從而保證最終缸孔止推面到曲軸孔中心尺寸N的。N為封閉環(huán)尺寸，A1為增環(huán)尺寸，A2為減環(huán)尺寸。尺寸鏈的基本關(guān)系如下[2]：

由上式計算得組成環(huán)A2基本尺寸為170 mm。

ESN為封閉環(huán)上偏差，ES1為增環(huán)上偏差，EI2減環(huán)下偏差，它們關(guān)系為

由上式計算得組成環(huán)A2的下偏差EI2為-0.02 mm。

EIN為封閉環(huán)下偏差，EI1為增環(huán)下偏差，ES2減環(huán)上偏差，它們關(guān)系為

由上式計算得組成環(huán)A2的上偏差ES2為+0.02 mm。

驗算

滿足TN=T1+T2，所以A2=（170±0.02）mm

因此，根據(jù)尺寸鏈計算公式得工序尺寸A2為（170±0.02）mm。

由上述計算可見，由于尺寸鏈原因?qū)е陆M成環(huán)公差減小到±0.02 mm。如此小的公差值增大了加工難度，在機(jī)床、夾具、操作等因素綜合影響下極易導(dǎo)致止推面到曲軸孔中心的尺寸超差。

2.3.2 定位夾具對缸孔質(zhì)量的影響

由圖1可見，缸孔與軸孔關(guān)系十分密切，缸孔的垂直度、位置度等形位公差的設(shè)計基準(zhǔn)是曲軸孔中心。由圖2可見，原工藝所采用的定位夾具的定位方式是以底面及其上兩定位銷孔定位。這種定位方式優(yōu)點是夾具簡單，但缺點是違反了夾具設(shè)計中定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)盡量統(tǒng)一的基本原則。

為了將基準(zhǔn)不統(tǒng)一對缸孔質(zhì)量影響降低到最低程度，必須收緊底面及其上兩個定位銷孔的加工精度，包括底面的平面度、底面對曲軸孔的平行度、定位銷孔的位置度、孔徑精度等。如此高的技術(shù)要求一方面增加了制造成本，另一方面對于該薄壁零件來說完全確保合格很不容易。實際上統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)幾項指標(biāo)全部合格的零件幾乎沒有，因此，由此造成缸孔質(zhì)量不穩(wěn)定就不足為怪了。

2.3.3 加工刀具對缸孔質(zhì)量的影響

原工藝在加工缸孔時采用的是非標(biāo)組合鏜刀。由于缸孔孔徑和深度較大，造成刀具較長，重量較大，工作中易偏心、振動，再加上刀具老化使微調(diào)精度降低，造成缸孔孔徑尺寸精度及表面粗糙度質(zhì)量降低。

3 機(jī)體缸孔加工工藝的改進(jìn)

通過以上分析，加工工藝方法、夾具定位方式、加工刀具型式等因素是造成缸孔質(zhì)量問題的根本原因。我們提出改進(jìn)措施是優(yōu)化工藝流程，同時優(yōu)化夾具設(shè)計及刀具配置，消除各種不利因素對缸孔加工質(zhì)量的影響。

3.1 工藝流程及夾具設(shè)計的優(yōu)化

工藝改進(jìn)思路是把缸孔的精加工調(diào)整到安裝軸承蓋并精鏜曲軸孔后進(jìn)行，其工藝簡圖見圖4。

從機(jī)體缸孔改進(jìn)工藝簡圖可以看出：零件采取的是側(cè)臥式，定位方式改為采用底面及曲軸孔定位，即：以底面限制3個自由度，以曲軸孔限制2個自由度，以零件一個端面限制最后1個自由度，從而達(dá)到6點定位。

需要特別說明的是曲軸孔定位方法的實現(xiàn)。首先在夾具上設(shè)置2個定位板，見圖4。零件安裝前先在機(jī)體兩端曲軸孔內(nèi)各插入1個心軸（每個心軸跨兩檔曲軸孔），然后將零件安裝到夾具上，使得心軸與夾具定位板、機(jī)體底面與夾具定位面貼合緊密，從而實現(xiàn)曲軸孔定位。

此工藝最大的優(yōu)點是避免了前道工序尺寸誤差對缸孔加工質(zhì)量的影響，使工序尺寸公差由±0.02 mm放松到±0.05 mm，真正遵循了基準(zhǔn)的統(tǒng)一原則，降低了加工難度，可靠地保證了缸孔止推面到曲軸孔中心的尺寸精度和缸孔的形位公差。

3.2 機(jī)床及刀具配置的優(yōu)化

改進(jìn)后缸孔精鏜工序采用型號為TH6816A的數(shù)控臥式鏜銑床。該機(jī)床工作臺承載能力大，分度精度高，主軸配有行程700 mm、直徑Φ160 mm的鏜軸。該鏜軸可進(jìn)入缸孔中進(jìn)行切削加工，因此缸孔加工刀具可采用標(biāo)準(zhǔn)精鏜刀，大大減小了刀具長度及重量，改善了切削狀態(tài)，刀具調(diào)整更準(zhǔn)確，提高了缸孔尺寸精度及表面加工質(zhì)量。

另外，缸孔止推面加工采用進(jìn)口立銑刀插補(bǔ)銑削加工，避免了刮削造成止推面表面質(zhì)量下降現(xiàn)象的發(fā)生。

4 結(jié)論

通過柴油機(jī)機(jī)體缸孔加工工藝技術(shù)研究，改進(jìn)了機(jī)體工藝流程，提高了缸孔的加工質(zhì)量，為某型柴油機(jī)性能的進(jìn)一步改進(jìn)提高打下堅實的基礎(chǔ)。同時，大幅度降低了機(jī)體返修率，提高了生產(chǎn)效率。

圖4 機(jī)體缸孔改進(jìn)工藝簡圖

1關(guān)湘．船舶柴油機(jī)[M].北京：人民交通出版社，1982.

2吳佳常.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992.7．

Study on Cylinder Bore Machining Technique

Li Ruijie,Guo Zongbo
（Henan Diesel Engine Industry Co.,Ltd.,Luoyang 471039,China）

The problems of machining cylinder bores of a diesel engine are investigated.Detailed analysis of machining process is conducted to find the root causes.And effective measures are taken to deal with the issues and then verified.

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柴油機(jī)機(jī)體缸孔加工技術(shù)

來稿日期：2014-05-20

李瑞杰（1965-），男，高級工程師，主要研究方向為大型復(fù)雜箱體類零件高精高效加工工藝。

10.3969/j.issn.1671-0614.2014.03.010