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        大功率船用發(fā)動機(jī)氣缸蓋加工關(guān)鍵工藝技術(shù)研究

        2017-11-07 14:47:15陳廣平
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年30期

        陳廣平

        摘 要:文章結(jié)合企業(yè)工作實(shí)踐,分析了氣缸蓋機(jī)械加工中的部分難點(diǎn),并詳細(xì)說明如何解決加工中存在的加工的難題。希望通過文章的分析,能夠促進(jìn)相關(guān)工作的發(fā)展。

        關(guān)鍵詞:氣缸蓋單元;氣缸蓋;加工工藝

        中圖分類號:S219.031 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:2095-2945(2017)30-0074-02

        引言

        我公司新近引進(jìn)的MAN B&W新開發(fā)的內(nèi)燃機(jī)是世界上最先進(jìn)的柴油機(jī)。如L27/38、L28/32等柴油機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊體積小,管系少,安裝調(diào)試方便、功率大等優(yōu)點(diǎn),單缸輸出功率可以達(dá)到340kW以上。新機(jī)型的主關(guān)件結(jié)構(gòu)很復(fù)雜,加工更困難,尤其柴油機(jī)的心臟“氣缸蓋單元”的加工質(zhì)量好壞直接影響到柴油機(jī)的整體性能。本文將分析“氣缸蓋單元”中的關(guān)鍵件氣缸蓋關(guān)鍵加工技術(shù)。

        1 氣缸蓋氣閥導(dǎo)管加工關(guān)鍵工藝

        1.1 氣閥導(dǎo)管等孔加工難點(diǎn)一:氣閥導(dǎo)管帶冷鐵

        氣缸蓋由于結(jié)構(gòu)緊湊,集成了許多零件的功能,同時(shí)也增加氣缸蓋高精度孔的數(shù)量,并且許多孔的形位公差也相當(dāng)高。如氣閥導(dǎo)管孔和閥座孔的同軸度,噴油器導(dǎo)管孔中各檔孔之間的同軸度,另外進(jìn)氣管、排氣管孔、冷卻水腔孔等空間位置均有要求,并且氣閥導(dǎo)管孔不規(guī)則,中心有鑄造冷鐵存在。

        如圖1所示某機(jī)型氣缸蓋氣閥導(dǎo)管孔直徑只有Φ32mm,四個孔平均長度達(dá)145mm,徑長比達(dá)0.22。采用以銑刀為主的加工方案,在批量生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)同軸度不穩(wěn)定。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)冷鐵對加工精度影響很大,另外銑刀由于螺旋槽的存在剛性大大降低。改進(jìn)工藝方案,增加鏜刀,加強(qiáng)刀具剛性及對預(yù)加工孔的修正;另外考慮到細(xì)長孔的加工狀況立式加工中心要比臥式加工中心好,將大部分工序集中在立加上加工,經(jīng)過實(shí)踐證明效果較好。

        1.2 氣缸蓋氣閥導(dǎo)管等孔加工難點(diǎn)二:氣閥導(dǎo)管帶“窗口”

        圖2是類似某機(jī)型氣缸蓋氣閥導(dǎo)管局部圖示意圖,其中φ104H7、φ102H7、φ27H7各孔有同軸度和光潔度要求,φ27H7孔一側(cè)有不規(guī)則鑄造窗口。整個復(fù)合孔與其他基準(zhǔn)位置度要求小于0.05。

        工藝方法:設(shè)計(jì)新刀具結(jié)合新工藝解決“窗口問題”。

        對于圖2所示Φ27H7孔,是一種高精度破斷孔。以前我們采用一般的加工工藝:“φ23鉆頭→φ25擴(kuò)孔鉆→φ26.8粗鏜刀→Φ27H7精鏜刀”的方法來加工。但是由于Φ27H7孔中一側(cè)有鑄造窗口(即破斷孔),加工過程中軸向及徑向受力不連續(xù),刀具很容易偏向一邊,形成橢圓。同軸度無法保證;并且,零件材料含碳量為3.3~3.8%,含硅量2.2~2.5%,精鏜刀加工光潔度不很理想,不能達(dá)到圖紙要求。進(jìn)行了若干次工藝改進(jìn),最后用新的工藝手段結(jié)合設(shè)計(jì)新刀具的方法基本完成了加工任務(wù),具體做法如下:

        (1)工藝改進(jìn):為了解決加工過程中很容易偏向一邊的問題,在加工時(shí)盡可能的采用鏜銑削。φ23鉆頭鉆通零件后,再采用兩次粗鏜,加工尺寸至φ26.8,只留下精鉸余量,這樣極大地修正了由于窗口存在所導(dǎo)致的偏斜問題,雖然不能完全滿足同軸度要求,但除了窗口區(qū)域外基本滿足跳動要求。

        (2)設(shè)計(jì)刀具:為了解決Φ27H7精鏜刀加工表面光潔度比較低問題,決定采用鉸削工藝進(jìn)行加工,但經(jīng)過試加工,普通鉸刀依然存在“偏向一邊”問題。為此,經(jīng)過若干次實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)了一種如圖3所示的硬質(zhì)合金左螺旋鉸刀,加工結(jié)果令人滿意。

        2 搖臂軸槽加工復(fù)雜,精度要求高

        某機(jī)型氣缸蓋的搖臂軸孔如圖4所示,φ43H8孔與φ38E8跳動度要求0.04mm、與32.2±0.05槽垂直相交、與φ43H8與φ13.5及φ12油孔不過中心相交。由于孔與槽相交、孔與孔相交,并且精度要求高,加工精度很難保證。

        工藝方法:采用“先易后難,逐個解決問題”的方法來加工。

        (1)在立式加工中心上將φ13.5mm孔和φ12mm孔鉆到位。(2)在立式加工中心上用φ30、φ32立銑刀分9次粗加工32.2±0.05槽至32mm寬。(3)在立式加工中心上用φ32.2成型立式銑刀一刀精加工32.2±0.05槽至規(guī)定尺寸。(4)在臥式加工中心上一鉆兩鏜留0.3余量加工處φ43H8孔與φ38E孔。(5)在臥式加工中心上利用非標(biāo)鉸擴(kuò)刀(圖5)加工出φ43H8孔與φ38E孔。

        經(jīng)過時(shí)間證明,利用此工藝方法加工出搖臂軸可行,加工結(jié)果滿足圖紙要求。

        3 工件外形不規(guī)則重心偏移,加工過程不易裝夾和定位

        氣缸蓋燃燒室側(cè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜(如圖6所示),由于氣缸蓋為不對稱零件,內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜重心偏向一邊,有數(shù)條成型溝槽和尺寸要求高的外圓,按照理論,溝槽這種結(jié)構(gòu)應(yīng)采用臥式車床加工。但在實(shí)際加工中發(fā)現(xiàn):由于氣缸蓋的重心嚴(yán)重偏燃燒室側(cè),并且質(zhì)量大,在臥式車床加工時(shí)工件旋轉(zhuǎn)過程中會存在很大的離心力,這種離心力輕則使爆炸面外型失圓,重則會損壞機(jī)床。

        工藝方法:為了消除安全隱患,經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn),采用在立式車床上加工的方案能很容易達(dá)到圖紙要求。在加工中設(shè)計(jì)適合立式車床加工的工裝和一部分非標(biāo)刀具,最終取得了較好的結(jié)果,加工出完全符合圖紙的燃燒室側(cè)。

        4 工裝容易形成積累誤差

        氣缸蓋中加工側(cè)面各孔時(shí),定位銷采用是分體定位銷,在工裝裝配時(shí),發(fā)現(xiàn)保證兩端同軸度存在一定的難度,且不易檢查。

        工藝方法:在設(shè)計(jì)相關(guān)工裝時(shí),吸取了“在加工過程中發(fā)現(xiàn)積累誤差較大,對空間尺寸造成了一定的影響”的教訓(xùn),采用一體化定位銷,加工方便,效果較好,圖7為工裝示意圖。

        5 內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜尺寸多變且多細(xì)長深孔

        某機(jī)型氣缸蓋集成了舊機(jī)型的搖臂支座、進(jìn)氣管組等部件,冷卻水管也很大程度地縮短并盡可能內(nèi)置在氣缸蓋內(nèi)部。這些部套的集成,使氣缸蓋原本較復(fù)雜的內(nèi)腔和外形更加復(fù)雜不規(guī)則,產(chǎn)生了大量細(xì)長孔、孔套孔結(jié)構(gòu),并有很多孔離側(cè)壁很近,很容易鉆偏,由于氣缸蓋內(nèi)部型腔復(fù)雜,鉆頭如有偏斜很容易鉆破內(nèi)腔。

        工藝方法:采用短鉆頭預(yù)鉆,銑刀修正,長鉆頭接通的方法有效地避免以上情況的發(fā)生。另外,針對一些空間斜孔,設(shè)計(jì)了專用工裝,其中采用了長導(dǎo)向,也取得了較好的效果(如圖8)。

        6 結(jié)束語

        柴油機(jī)氣缸蓋的加工難點(diǎn)很多,上面提到了一些,有些難點(diǎn)還在不斷的改進(jìn)和研究中。例如,隨著生產(chǎn)總量的增加,大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)能力不足的問題日益突出,如何在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上采用高效復(fù)合刀具和新工藝提高加工效率很值得研究。

        參考文獻(xiàn):

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