陳承銳

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西 柳州545005）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，各汽車制造商在不斷提高品質(zhì)、性能和生產(chǎn)效率的同時(shí)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零件的加工工藝也在不斷地進(jìn)行探索，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能。對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體而言，其精加工難度比較大的部分主要集中在氣缸體的缸孔部分，在進(jìn)行缸孔加工過程中，需要精度非常高的加工工藝。特別是乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體缸孔，其精度的要求也就越來越高，為了更好的確保發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性，就需要在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體缸孔加工的過程中全面考量缸孔的精度，從而真正實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率決定著汽車的質(zhì)量和企業(yè)效益，目前國(guó)內(nèi)外都十分重視發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)，通過一系列的開發(fā)與試驗(yàn)，以努力生產(chǎn)出高質(zhì)量、高效率、低排放的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，具備發(fā)動(dòng)機(jī)核心技術(shù)。對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)而言，氣缸體是非常重要的組成部分，也可以說氣缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟，缸孔的精度要求是保證氣缸體質(zhì)量的關(guān)鍵要素，所以缸孔加工精度對(duì)于汽車的性能影響是非常大的。目前發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體缸孔的缸徑精度已達(dá)到00.013 mm，圓度0.005，圓柱度0.006的精度等級(jí)，汽車制造商在氣缸體缸孔的加工設(shè)備、工裝、刀具、測(cè)量上投入大量成本，規(guī)劃設(shè)計(jì)產(chǎn)線采用柔性制造CNC設(shè)備，采用一次裝夾的綜合工裝，使用進(jìn)口刀具，并配置在線測(cè)量機(jī)和MES數(shù)據(jù)收集分析系統(tǒng)，以保證缸孔尺寸精度和穩(wěn)定性。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體缸孔加工工藝安排

2.1 氣缸體加工工藝安排原則

氣缸體加工遵循的工藝安排原則[1]：

（1）首先從大表面切除多余的加工層，以保證精加工后切削造成的變形量小。

（2）容易發(fā)現(xiàn)氣缸體內(nèi)部缺陷的安排在前工序，減少不必要的加工浪費(fèi)。

（3）把大孔徑、深孔加工盡量安排在較前面的工序，避免因較大內(nèi)引力，影響后工序的精加工。

2.2 影響缸孔精度的加工因素

影響缸孔精度的加工因素：

（1）工藝順序。先切除氣缸體頂、底、前、后四個(gè)大面大部分鑄造加工余量，使氣缸體鑄造應(yīng)力得到釋放；在精加工缸孔前，將各個(gè)面的孔加工完成，以免加工近缸孔的其它孔時(shí)造成缸孔變形；主軸承孔的剛性較缸孔好，精加工時(shí)先加工主軸承孔，再加工缸孔。

（2）定位精度。主要是定位基準(zhǔn)不準(zhǔn)帶來的工藝問題，主要表現(xiàn)在缸孔壁厚不均勻，鏜削余量分配不均勻，導(dǎo)致加工過程出現(xiàn)不均勻的受力分布，難以滿足孔徑、圓度、圓柱度的精度要求。

（3）硬件條件。包括加工設(shè)備精度的保證和穩(wěn)定性、工裝夾具的剛性和定位精確、刀具的切削受力均勻。

氣缸體缸孔的加工，主要采用鏜削工藝。其工作過程是氣缸體工件在工作臺(tái)上固定不動(dòng)，由刀具隨著加工設(shè)備主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，靠主軸進(jìn)給或工作臺(tái)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鏜削，通常使用微調(diào)鏜刀、定位鏜刀[2]。

2.3 氣缸體缸孔加工工藝流程

氣缸體缸孔加工工藝流程：

毛坯孔（φ72）→粗鏜缸孔（φ77±0.2、Ra6.3）→半精鏜缸孔（φ78.3±0.1、Ra3.2）→精鏜缸孔（Ra1.6）→ 鏜 止 口 （φ79.8+0.5、Ra1.6）→ 珩 磨 缸 孔（φ79+0.013）（見圖 1）。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體缸孔精加工工藝技術(shù)要求

3.1 加工設(shè)備的選型

設(shè)備的選型要按照工藝設(shè)計(jì)的技術(shù)要求進(jìn)行，明確設(shè)備要完成的工作，達(dá)到的產(chǎn)能、質(zhì)量目標(biāo)，柔性條件。根據(jù)技術(shù)調(diào)研、學(xué)習(xí)、制造商交流、同行對(duì)比、以往經(jīng)驗(yàn)的積累和應(yīng)用反饋，以及工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化的原則，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，把工藝設(shè)計(jì)成果應(yīng)用在設(shè)備選型的具體技術(shù)要求中。加工中心作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控設(shè)備其各個(gè)模塊都已標(biāo)準(zhǔn)化，在柔性和可靠性上都得到了提升，性價(jià)比較高。

現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)升級(jí)換代快，對(duì)生產(chǎn)線柔性化、可靠性、快速切換形成生產(chǎn)能力的需求越來越高，使加工中心在汽車行業(yè)廣泛應(yīng)用。依據(jù)1.8 L發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體產(chǎn)線JPH設(shè)定、缸孔質(zhì)量要求、產(chǎn)品壽命周期、投入產(chǎn)出分析等條件，產(chǎn)線選擇了DMG MORI臥式鏜銑加工中心NHC6300設(shè)備（見表1）。

表1 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

3.2 工裝夾具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

工裝夾具設(shè)計(jì)是在工件加工工藝設(shè)定后，按照工序的具體加工內(nèi)容和要求進(jìn)行的。工裝夾具的設(shè)計(jì)質(zhì)量高低，應(yīng)以能否穩(wěn)定地保證工件的加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率高，操作安全、省力和制造、維護(hù)容易等為其衡量指標(biāo)。保證工件加工精度的關(guān)鍵，首先在于正確地選定定位基準(zhǔn)、定位方法和壓緊、支撐點(diǎn)，同時(shí)設(shè)計(jì)工件定位裝夾氣密檢測(cè)功能，保證工件定位準(zhǔn)確，必要時(shí)還需進(jìn)行定位誤差和加工受力分析，確保夾具能滿足工件的加工精度要求[3]。工裝夾具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用各種快速高效的裝夾機(jī)構(gòu)，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，保證操作方便，縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，制造容易，以降低夾具的制造成本[3]。結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、合理，便于制造、裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)、維修等。為保證工裝夾具具備足夠的強(qiáng)度和剛度，在客觀條件允許且又經(jīng)濟(jì)適用的前提下，應(yīng)盡可能采用鍛造底板和液壓夾緊裝置。工裝夾具還應(yīng)排屑方便，必要時(shí)可設(shè)置排屑結(jié)構(gòu)或大流量沖屑裝置，防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具。

1.8 L發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體缸孔精加工，為保證缸孔、主軸承孔、前后端面銷孔之間的位置度關(guān)系（如圖 2），將此加工內(nèi)容設(shè)計(jì)在同一工序，設(shè)計(jì)一套專用工裝夾具（如圖 3），一次裝夾，保證各尺寸之間的精度要求。氣缸體缸孔是發(fā)動(dòng)機(jī)工作氣體壓縮燃燒和膨脹的空間，并對(duì)活塞起導(dǎo)向作用，活塞通過連桿連接曲軸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，曲軸是主軸承孔進(jìn)行定位，缸孔表面是發(fā)動(dòng)機(jī)磨損最嚴(yán)重的表面之一，若缸孔、主軸承孔之間的位置度精度無法保證，嚴(yán)重影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量和壽命。

圖2 氣缸體缸孔、主軸承孔位置度關(guān)系

圖3 氣缸體缸孔精加工夾具

3.3 加工刀具的設(shè)計(jì)選擇

氣缸體缸孔的精加工采用鏜削工藝，1.8 L發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體是灰口鑄鐵材料，傳統(tǒng)加工采用硬質(zhì)合金刀片加工灰口鑄鐵最高線速度不能超過350 m/min，反之則會(huì)劇烈磨損。使用CBN刀片加工，最高線速度可達(dá)到1 500 m/min（不考慮機(jī)床剛性的基礎(chǔ)上），而且保證高的耐磨性，和高的被加工工件的表面質(zhì)量[2]。本次加工1.8L發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體缸孔采用MAPAL的刀柄和鏜刀頭（如圖 4、圖 5），CBN粗刀片4片（SPCTHD09T304D67L）、CBN 精刀片 2片（K1288-1213-FU895）。

圖4 精鏜刀頭圖

圖5 組合精鏜刀具圖

3.4 缸孔精加工切削舉例

以1.8 L發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體缸孔精加工為實(shí)例，來說明設(shè)備、工裝、刀具設(shè)計(jì)選擇，保證缸孔加工尺寸精度和生產(chǎn)效率。

氣缸體名稱：LJ479QE2四缸直線型氣缸體；材料牌號(hào)為HT250。

工件外形尺寸：400 mm×360 mm×290 mm；工件硬度為180～230 HB。

加工設(shè)備：DMG MORI臥式鏜銑加工中心NHC6300機(jī)床；工裝：專用夾具。

刀具：MAPAL精鏜刀。

切削參數(shù)：轉(zhuǎn)速S2200 r/min、切削進(jìn)給F500 mm/min、走刀深度H153 mm；空走進(jìn)給F2000 mm/min、安全空走深度H15 mm；退刀和移動(dòng)進(jìn)給F30000 mm/min、距離 L1312 mm。

加工節(jié)拍：時(shí)間 Tc=（153/500*4+15/2000*4+1312/30000）*60=78 s

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用《中位數(shù)控制圖》進(jìn)行控制，操作人員加工完成自檢測(cè)量，通過內(nèi)徑千分表讀取數(shù)據(jù)，直接在控制圖中打點(diǎn)，通過中間點(diǎn)，作出折線圖，省去繁瑣的計(jì)算，操作簡(jiǎn)單。在加工生產(chǎn)過程中，每次抽檢連續(xù)生產(chǎn)的5件，圖表上的數(shù)據(jù)是同一臺(tái)設(shè)備加工同一個(gè)缸孔的數(shù)據(jù)。工藝技術(shù)人員通過收集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的《中位數(shù)控制圖》，利用X-R控制圖對(duì)缸孔精加工工序能力進(jìn)行分析，求出Cpk值，Cpk值>1.33，生產(chǎn)過程能力充分。

4 結(jié)束語

綜上所述，為保證1.8 L發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體缸孔的精加工工藝技術(shù)要求和生產(chǎn)效率，合理選用加工設(shè)備、設(shè)計(jì)制造工裝夾具和刀具，應(yīng)用柔性制造技術(shù)和切削新材料，達(dá)到高性價(jià)比的工藝方案。但仍然需要進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和優(yōu)化，從而更好地向智能制造邁進(jìn)，提升企業(yè)機(jī)械加工產(chǎn)品的工藝水平。