吳天成

（廣西玉柴機(jī)器股份有限公司，廣西玉林537005）

氣缸體止推面厚度加工技術(shù)研究

吳天成

（廣西玉柴機(jī)器股份有限公司，廣西玉林537005）

本文介紹了目前國(guó)內(nèi)柴油機(jī)氣缸體止推面的加工方式，針對(duì)氣缸體止推面厚度超差引發(fā)的柴油機(jī)一系列問(wèn)題進(jìn)行描述。重點(diǎn)研究了導(dǎo)致止推面超差的原因，并介紹了相關(guān)解決措施，以使有效地控制止推面厚度公差。

氣缸體；止推面；厚度；加工

柴油機(jī)氣缸體止推面厚度是氣缸體的一個(gè)關(guān)鍵特性，其主要是給曲軸的軸向定位，限制曲軸的軸向串動(dòng)。止推面厚度在柴油機(jī)整機(jī)中還和曲軸軸向間隙有很大關(guān)系。止推面通過(guò)止推片（或止推軸瓦）與曲軸配合，這三者之間的配合間隙就形成了曲軸軸向間隙。一般柴油機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)要求曲軸的軸向間隙為0.1 mm～0.25 mm.因?yàn)榍S在工作時(shí)，會(huì)因?yàn)闇囟鹊纳仙l(fā)生膨脹，有一定的軸向移動(dòng)，預(yù)留的間隙是為保證其膨脹后仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但該間隙又不能預(yù)留過(guò)大，如果預(yù)留間隙過(guò)大，在柴油機(jī)工作時(shí)，曲軸和連桿會(huì)產(chǎn)生不正常的軸向竄動(dòng)，導(dǎo)致活塞偏缸、連桿彎曲等故障發(fā)生。所以在柴油機(jī)裝配過(guò)程中，曲軸的軸向間隙作為裝配過(guò)程中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，要受到嚴(yán)格的控制[1]。而曲軸軸向間隙=曲軸止推檔寬度-氣缸體止推面厚度-止推片厚度-相關(guān)形位公差。可見(jiàn)，氣缸體止推面厚度是曲軸軸向間隙的一大影響因素，所以為保證曲軸軸向間隙，在氣缸體圖紙中一般止推面厚度公差為0.02 mm～0.04 mm，要求是非常嚴(yán)格的。

本文先介紹國(guó)內(nèi)氣缸體止推面厚度的加工方式，再重點(diǎn)針對(duì)目前加工中心加工軸蓋式止推面厚度不均的問(wèn)題進(jìn)行原因分析，然后通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)提出解決辦法。為其他類似的加工研究，提供技術(shù)參考。

1 加工方式簡(jiǎn)介

總的來(lái)說(shuō)，氣缸體止推面加工從設(shè)備來(lái)分有專機(jī)加工和加工中心加工兩種，一般專機(jī)采用的是展開(kāi)式刀具車止推面，加工中心則多采用三面刃銑刀來(lái)銑止推面，下面分點(diǎn)介紹。

1.1 專機(jī)加工

專機(jī)加工止推面一般是使用與曲軸孔鏜桿復(fù)合的展開(kāi)式刀具，先鏜完主軸孔，再車止推面。止推面車刀是通過(guò)鏜桿內(nèi)的齒條推拉來(lái)實(shí)現(xiàn)車刀的徑向伸縮。車刀在伸出鏜桿過(guò)程中車出止推面，車完后再縮回鏜桿內(nèi)，退刀，完成加工過(guò)程[2]。圖1為刀具止推面刀具實(shí)物，圖2為刀具示意圖。

圖1 專機(jī)用止推面車刀

圖2 止推面車刀結(jié)構(gòu)剖視圖

專機(jī)展開(kāi)式刀具加工止推面厚度不合的原因有：1）兩個(gè)止推面刀片間的距離沒(méi)調(diào)好。2）齒條或齒柱的齒隙配合過(guò)松，車刀滑塊與導(dǎo)向槽配合過(guò)松，車止推面時(shí)，兩把刀即受力張開(kāi)，厚度變大。針對(duì)此兩點(diǎn)進(jìn)行整改一般可解決專機(jī)加工厚度不合的問(wèn)題。

1.2 加工中心加工

加工中心加工止推面通常是用三面刃銑刀，通過(guò)程序走圓形插補(bǔ)來(lái)銑出止推面。下圖3為三面刃銑刀實(shí)物，走刀方式如圖4所示。

圖3 加工中心用三面刃銑刀

圖4 銑削止推面走刀路徑

使用加工中心加工止推面，具有柔性化高，可快速試制等特點(diǎn)[3]。但通過(guò)實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，使用加工中心銑出止推面的形式，加工出來(lái)的整個(gè)止推面厚度存在0.015 mm～0.03 mm的差異，特別是氣缸體半部分和軸蓋半部分存在明顯差異。下面將針對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行原因分析和提出解決辦法。

2 止推面厚度不均原因分析

為了找出止推面厚度差異的具體值，對(duì)某款柴油機(jī)氣缸體隨機(jī)抽3臺(tái)在止推面上分8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量止推面厚度（測(cè)量點(diǎn)位置示意見(jiàn)圖5）。通過(guò)匯總分析3臺(tái)氣缸體不同點(diǎn)的止推面厚度可總結(jié)出止推面厚度分布大致如圖6所示，可見(jiàn)止推面厚度分布是氣缸體部分薄，軸蓋部分厚。同時(shí)發(fā)現(xiàn)止推面靠曲軸孔中心的內(nèi)圈薄，遠(yuǎn)離曲軸孔中心的外圈厚。

圖5 止推面厚度測(cè)量點(diǎn)

圖6 止推面厚度分布示意圖

采用頭腦風(fēng)暴法組織多人分析，造成止推面厚度氣缸體部分薄，軸蓋部分厚的原因是由于刀具插補(bǔ)銑削軸蓋時(shí)，軸蓋受刀具軸向的切削力，產(chǎn)生擠壓偏移讓刀（如圖7所示），導(dǎo)致軸蓋實(shí)際被切削量比氣缸體部分少，所以軸蓋部分的厚度會(huì)厚，氣缸體部分的厚度會(huì)薄。而且軸蓋多采用球鐵材料，氣缸體多采用蠕鐵（或灰鐵）材料，球鐵比蠕鐵硬，在切削軸蓋時(shí)更易產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象。

圖7 軸蓋受力偏移

氣缸體為蠕墨鑄鐵，材料延伸性好，軸蓋螺栓擰緊力矩偏低，軸蓋上緊后易偏移，也是導(dǎo)致軸蓋銑削時(shí)讓刀的原因之一。查本廠采用相同設(shè)備、刀具加工相同軸蓋材質(zhì)的另兩款灰鐵材料氣缸體止推面厚度整圈差只有0.005 mm，并無(wú)讓刀現(xiàn)象證實(shí)了這點(diǎn)。

而造成止推面靠曲軸孔中心的內(nèi)圈薄，遠(yuǎn)離曲軸孔中心的外圈厚則是由于刀具銑削時(shí)受力變形導(dǎo)致。三面刃銑刀由于只有刀柄處支撐，在刀刃銑削時(shí)，銑刀單邊受力，刀桿剛性不足，便會(huì)有輕微變彎，導(dǎo)致刀盤(pán)傾斜，銑削出來(lái)的止推面內(nèi)圈薄，處圈厚，如圖8所示。

圖8 三面刃銑刀受力變形

3 通過(guò)試驗(yàn)找出止推面厚度不均解決方法

經(jīng)過(guò)以上分析，得知止推面厚度不均主要是由于受切削力導(dǎo)致軸蓋讓刀，刀桿變彎引起，即減小切削力就可解決止推面厚度不均的問(wèn)題，遂通過(guò)試驗(yàn)尋找降低切削力，改善止推面厚度不均的方法。3.1試驗(yàn)不同切削余量對(duì)止推面厚度差的影響

在加工中心上，加工止推面，一般分為粗銑和精銑兩步，都采用三面刃銑刀插補(bǔ)走圓弧路徑銑銷而成。對(duì)最終尺寸有較大影響的是精銑。所以精銑不同切削余量對(duì)止推面厚度差的影響。分別將精銑余量改為0.4 mm、0.3 mm、0.25 mm、0.2 mm、0.15 mm、0.1 mm來(lái)試切3臺(tái)不同的氣缸體，加工出來(lái)止推面厚度如表1.證。試切出數(shù)據(jù)如下表2所示。

表1 不同切削余量下止推面各點(diǎn)厚度數(shù)據(jù)

將止推面厚度差與精銑切削余量關(guān)系匯總?cè)鐖D9所示。

圖9 止推面厚度差與切削余量關(guān)系

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出銑止推面精銑余量變小，軸蓋受軸向力小，偏移讓刀小，整圈的厚度差就會(huì)隨著變小。原來(lái)車間設(shè)精銑余量為0.3 mm，可見(jiàn)設(shè)得比較大，改為0.1~0.15 mm比較合適。

3.2 試驗(yàn)新舊刀片加工對(duì)止推面厚度差的影響

在上一步中，1號(hào)機(jī)與2號(hào)機(jī)是連著試驗(yàn)，3號(hào)機(jī)距2號(hào)機(jī)中間加工8臺(tái)氣缸體（正常生產(chǎn)），厚度差就變大。再又連續(xù)正常生產(chǎn)4臺(tái)氣缸體后（精銑余量已改為0.15 mm），測(cè)量止推面厚度差，已達(dá)到0.028 mm.更換新的刀片使用相同切削參數(shù)加工，測(cè)量止推面厚度差為0.011 mm.可見(jiàn)刀片磨損后，產(chǎn)生的切削擠壓力變大，軸蓋偏移讓刀嚴(yán)重，且刀桿變彎更大，導(dǎo)致止推面厚度差變大。

3.3 試驗(yàn)不同走刀路徑對(duì)止推面厚度差的影響

原來(lái)車間銑止推面走刀路徑為XY兩軸平面整圓插補(bǔ)，分析出止推面厚度是軸蓋厚、氣缸體薄后，就試驗(yàn)更改走刀路徑，更改為XYZ三軸兩個(gè)半圓插補(bǔ)。即通過(guò)程序設(shè)定銑刀在銑削軸蓋處原讓刀厚的部位時(shí)銑多一些，以使止推面整圓厚度差異小。為了對(duì)比整個(gè)刀具壽命使用三軸插補(bǔ)銑的止推厚度差，分別使用新刀片和之前換下的舊刀片試切（精銑余量已改為0.15 mm），并更改不同的Z軸插補(bǔ)量來(lái)驗(yàn)

表2 不同插補(bǔ)量下止推面各點(diǎn)厚度數(shù)據(jù)

根據(jù)表2數(shù)據(jù)整理匯總?cè)鐖D10所示，止推面厚度隨刀具壽命變化如圖11所示。

圖10 厚度差和刀具時(shí)期關(guān)系

圖11 不同刀具時(shí)期厚度分布示意

通過(guò)試驗(yàn)不同的Z軸插補(bǔ)量可得出采用0.007 mm的Z軸插補(bǔ)量比較合適。刀片從新到舊的磨損過(guò)程，止推厚度整圈的厚度差可以控制在0.015 mm內(nèi)。當(dāng)?shù)镀p到整圈厚度差超過(guò)0.015 mm或刀紋已經(jīng)明細(xì)變差就得換新刀片。最好是統(tǒng)計(jì)幾次換刀加工的工件數(shù)量得出刀片壽命，通過(guò)機(jī)床程序計(jì)件報(bào)警采用強(qiáng)制換刀可有效保證止推面厚度差。

4 結(jié)束語(yǔ)

在加工中心上采用三面刃銑刀加工氣缸體止推面，切削力導(dǎo)致的軸蓋讓刀及刀桿變彎是造成止推面厚度不均的主要原因。而通過(guò)減小精銑余量、采用XYZ三軸插補(bǔ)銑、以及根據(jù)刀片壽命強(qiáng)制換刀的辦法可以有效解決止推面整圈厚度不均的問(wèn)題，保證氣缸體止推面厚度的加工精度。

[1]周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]陳心昭.機(jī)械加工工藝裝備設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[3]王先逵.機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

Researching Machining Technology about the Thrust Face Thickness of the Cylinder Block

WU Tian-cheng
（Guangxi Yuchai Machinery Co.，Ltd.，Yulin Guangxi 537005，China）

This paper introduced the processing methods of thrust face on cylinder body of domestic diesel engine，aimed at problems of diesel engine caused by overproof thrust face thickness of cylinder body，focusing on the causes of errors，and introduces some measures to solve the problem，effectively control the tolerances of thrust face thickness.

cylinder；thrust surface；thickness；processing

TH162.2

A

1672-545X（2017）06-0085-03

2017-03-19

吳天成（1985-），男，廣西玉林人，助理工程師，本科，主要研究方向?yàn)椴裼蜋C(jī)制造工藝。