張觀福　魏森

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的重要組成部分，缸蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零部件，精度要求高、加工工藝復(fù)雜，加工的質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能和質(zhì)量。其負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣組成機(jī)構(gòu)，控制著發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣量與時(shí)機(jī)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒做功起到關(guān)鍵作用。缸蓋的清潔度控制中，如顆粒度超差，會(huì)直接影響缸蓋各部件的精密運(yùn)行，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作。

關(guān)鍵詞：缸蓋 清潔度 顆粒度 鋁屑

Analysis on the Control of Cylinder Head Cleanliness and Granularity

Zhang Guanfu Wei Sen

Abstract：Engine is an important part of the automobile， cylinder head is an important part of the engine， which requires high precision， complex processing technology， and whose processing quality directly affects the overall performance and quality of the engine. It is responsible for the composition mechanism of the engine's air distribution， controls the amount and timing of the engine's air intake and exhaust， and plays a key role in the engine's combustion work. The control of the cleanliness of cylinder head， such as out-of-tolerance particle size， will directly affect the precise operation of the cylinder head components， thus affecting the engine work.

Key words：cylinder head， cleanliness， particle size， aluminum chip

1 缸蓋清潔度顆粒度控制的重要性

1、缸蓋清潔度控制要求：重量7mg;顆粒度：油道<600μm、非油道<1000μm。

某機(jī)型的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋材料為鋁合金，清潔度除了重量要求外，還對(duì)顆粒度進(jìn)行了控制，且要求較高，現(xiàn)有的加工工藝、設(shè)備難達(dá)到該要求，造成顆粒度測(cè)量超差。

2、顆粒的來(lái)源對(duì)于切削加工的缸蓋無(wú)法避免，缸蓋的切削毛刺產(chǎn)生了毛刺，毛刺的去除對(duì)加工極其重要。外國(guó)專家Gillespie指出，精密零部件去毛刺及棱邊光整工序所需要的成本占據(jù)了加工成本的30%，去毛刺工序消耗的時(shí)間占到了全部生產(chǎn)時(shí)間的5%-10%。且去毛刺工序難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，特別是在鉆削加工交叉孔。零部件在使用過(guò)程中如交叉孔毛刺脫落，很可能導(dǎo)致潤(rùn)滑油路的堵塞導(dǎo)致故障，造成不必要的損失。

2 造成清潔度顆粒度超差的原因

2.1 毛刺產(chǎn)生的過(guò)程

加工中產(chǎn)生的毛刺是清潔度顆粒度的主要來(lái)源，對(duì)于機(jī)械加工來(lái)說(shuō)毛刺的產(chǎn)生不可避免。加工廠產(chǎn)生毛刺主要分未面切削毛刺和孔鉆屑毛刺。毛刺是金屬切削加工過(guò)程中工件的棱邊處金屬材料在刀具的擠壓作用下產(chǎn)生塑性變形而未被切除，最終滯留在工件棱邊的殘留物。

2.1.1 切削毛刺的形成

根據(jù)徐國(guó)勇對(duì)毛刺產(chǎn)生的研究分析[1]，切削毛刺產(chǎn)生過(guò)程分為四個(gè)階段。（Defonn 2D仿真結(jié)果）

第一階段：正常切削階段。在此過(guò)程中，接近刀尖區(qū)域產(chǎn)生塑性變形，并沿著加工方向運(yùn)動(dòng)不斷向端面延伸。第二階段：終端面變形階段。在這個(gè)進(jìn)度，在刀具作用下，工具受到刀具的擠壓作用，端面發(fā)生了變形。第三階段：端面變形擴(kuò)展階段。這個(gè)階段為端面變形階段的發(fā)展和延伸。端面變形不斷擴(kuò)大，并在端面行程一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)D，在切削刀具推擠作用下，工具材料繞著支點(diǎn)D轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生彎曲變形。第四階段：毛刺最終形成階段。該階段加工刀具已經(jīng)切出工具本體，工具端面材料繞著D點(diǎn)旋轉(zhuǎn)發(fā)生形變殘留在工件上，形成了毛刺。

以上為徐國(guó)勇對(duì)切削毛刺產(chǎn)生的研究，切削毛刺的產(chǎn)生于刀具刃口、切削參數(shù)、工件材料密切相關(guān)，鋒利的刀具刃口產(chǎn)生的切削力小，減少零件端面材料變形減少毛刺。同時(shí)工件材料對(duì)端面的材料變形也至關(guān)重要。結(jié)合實(shí)際工件可知，在各面切削加工中同類的毛刺產(chǎn)生非常普遍。特別是在延展性比較好的增壓機(jī)型鋁合金材料上異常明顯。從實(shí)際工件上觀察，毛刺的產(chǎn)生出現(xiàn)在切刃出口方向，且增壓機(jī)型延展性好的材料比自吸機(jī)型產(chǎn)生更明顯。

2.1.2 鉆削毛刺的形成

鉆孔加工是機(jī)械加工中常用的方式。在生產(chǎn)過(guò)程中，鉆孔產(chǎn)生的毛刺往往比較難清理，特別是在一些交叉孔的部位毛刺由于孔小及其它深度等原因，無(wú)法進(jìn)行人工清除。

根據(jù)王貴成教授建立的鉆削加工中毛刺形成的過(guò)程模型[2]可知鉆頭與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系及鉆出表面工件材料的變形機(jī)理。

圖中：d0——鉆頭直徑;f——進(jìn)給量;ψ——二分之一的鉆頭頂角;af——每齒進(jìn)給量;δx——與鉆頭主切削刃x點(diǎn)接觸的工件材料的撓曲變形量。當(dāng)δx=0時(shí)，鉆頭沿著軸線方向不斷向工件末端接近，此時(shí)由于鉆頭前端的工件材料足夠厚，足夠支撐因鉆頭的軸向力，所以在此過(guò)程中，工件材料只受到鉆頭切削刃的切削作業(yè)，在鉆頭主切削刃x點(diǎn)處的鉆削加工正常進(jìn)行。當(dāng)0<δxaf時(shí)，在x點(diǎn)處，工件材料與刀具之間不再發(fā)生切削作用，即在工件與鉆頭接觸的x點(diǎn)處，刀具退出了切削作用，靠近工件端部的材料受到鉆頭在進(jìn)給方向上的推力，沿著軸向發(fā)生變形，并在橫刃在作用下沿著徑向傾斜，由于這部分工件材料沒(méi)有被刀具切除，而殘留在孔的周圍形成毛刺。

以上為王貴成教授對(duì)鉆削毛刺產(chǎn)生的研究。鉆削加工毛刺的產(chǎn)生受材料變形、鉆角度（影響鉆削力）、鉆削參數(shù)影響。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)零件狀態(tài)（如下圖），鉆削毛刺在鉆穿出口形成較明顯毛刺殘留，毛刺多呈現(xiàn)被推擠彎曲狀。

2.2 顆粒度超差的后期因素

2.2.1 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，除了加工本身產(chǎn)生的鋁屑顆粒影響清潔度顆粒度結(jié)果外，后期零件轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程的防護(hù)也至關(guān)重要。輸送輥道清潔度造成零件污染;送檢零件車輛造成零件污染;清潔度測(cè)量設(shè)備不干凈造成測(cè)量結(jié)果失真。

2.2.2 清洗能力不足。對(duì)于零件加工后的清潔，多采用清洗液直接清洗烘干的方式保障最后的零件質(zhì)量，而清洗機(jī)的狀態(tài)對(duì)清洗結(jié)果至關(guān)重要，如清洗液濃度、過(guò)濾精度，高壓清洗的壓力、噴嘴結(jié)構(gòu)等。

3 主動(dòng)控制措施

3.1 加工根源控制

3.1.1 根據(jù)毛刺產(chǎn)生過(guò)程分析，在零件材料不能改變的情況下，通過(guò)合理的刀具選擇及加工工藝可減少毛刺的產(chǎn)生。通過(guò)驗(yàn)證，面切削加工時(shí)，選擇PCD刀具能較好的解決加工邊緣毛刺問(wèn)題，但PCD刀具對(duì)到余量面加工受力不足，故只能用于小余量的切削，通過(guò)驗(yàn)證，在余量0.3mm的切削時(shí)，PCD刀具對(duì)毛刺的產(chǎn)生抑制最好，幾乎能消除邊緣毛刺的產(chǎn)生滿足質(zhì)量要求。

3.1.2 使用毛刷去除。通過(guò)使用毛刷對(duì)面切削毛刺進(jìn)行去除，且毛刷的走刀路徑與刀具切削的走刀路徑相反，能對(duì)刀具切削邊緣產(chǎn)生的毛刺起到更好的去除效果。

3.1.3 使用斷屑、分屑刀具減小鋁屑大小，減少鋁屑在缸蓋內(nèi)的殘留，同時(shí)小的鋁屑更利于零件清洗時(shí)清洗出水腔內(nèi)的鋁屑。

3.1.4 通過(guò)對(duì)鉆孔毛刺形成過(guò)程分析，鉆尖大小對(duì)毛刺的產(chǎn)生有積極作用，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證使用V型鉆頭尖角為140°時(shí)其加工孔后表面的清潔度較好，對(duì)鉆孔毛刺產(chǎn)生有較好的抑制作用[6]。

3.1.5 使用新型鉆頭：E型鉆尖鉆頭。在孔即將鉆通時(shí)，切削刃部分（遠(yuǎn)端）可以有效的對(duì)材料進(jìn)行切削，能較好的消除擠壓材料產(chǎn)生毛刺問(wèn)題[6]。

3.1.6 交叉孔毛刺的去除。由于此類孔多為長(zhǎng)孔，人工去除較難，而加工難避免形成各種狀態(tài)的鋁屑，使用接觸去除法有較好的效果。

3.1.6.1 使用專用去毛刺刀具去除交叉孔毛刺，鈷領(lǐng)刀具公司公司去毛刺刀具：直槽鉸刀頭，進(jìn)入孔內(nèi)后通過(guò)冷卻噴水孔噴出高壓水產(chǎn)生壓力使刀具偏心，旋轉(zhuǎn)后達(dá)到去毛刺效果。

3.1.6.2 使用高壓清洗去除。利用清洗機(jī)的高壓清洗裝置，對(duì)孔內(nèi)毛刺進(jìn)行沖洗，對(duì)于交叉孔毛刺的高壓清洗最有效方法是清洗噴頭能深入到孔內(nèi)進(jìn)行沖洗，由于高壓清洗壓力釋壓很快，如從孔口往里沖洗效果會(huì)不夠理想。對(duì)于高壓噴嘴的選擇，盡量只保留噴嘴徑向的孔，對(duì)于軸向的孔可盡量，這樣可減少壓力流量的快速釋放，保障充足的清洗壓力對(duì)內(nèi)孔毛刺進(jìn)行清洗。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)生產(chǎn)中的清潔度問(wèn)題解決，分析了鋁合金缸蓋加工中毛刺產(chǎn)生的解決方案，通過(guò)實(shí)踐運(yùn)用消除毛刺的產(chǎn)生和后期去除，滿足清潔度顆粒度的要求。在這過(guò)程中發(fā)現(xiàn)毛刺的產(chǎn)生對(duì)毛坯材料和刀具選型至關(guān)重要，新項(xiàng)目前期應(yīng)該盡可能早的利用設(shè)計(jì)階段介入加工的問(wèn)題解決。交叉孔毛刺的解決需要較長(zhǎng)的去除工序時(shí)間，前期能提前評(píng)估工藝會(huì)有較好的運(yùn)用方案。

參考文獻(xiàn)：

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[4]郭偉民，可抑制毛刺的鉆頭結(jié)構(gòu)，制造技術(shù)與機(jī)床，2017（10）：85-88.

[5]石貴峰，鉆削毛刺形成機(jī)理及其控制技術(shù)研究，鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2019.

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