汽車發動機汽缸體缸孔雙軸精鏜加工工藝*

肖鐵忠 羅 靜 龔文均 詹 捷 趙 勇

(重慶理工大學汽車零部件制造與檢測技術教育部重點實驗室，重慶400054)

發動機是汽車的五大部件之一，是汽車的心臟，直接決定汽車的性能，所以對發動機的要求較高。汽缸體是發動機的關鍵部件，在汽缸體缸孔的加工過程中，精鏜涉及到的尺寸精度與形位誤差將直接影響發動機的各項性能［1］。過去，由于我們國家沒有掌握缸孔精鏜專用機床與加工中心的核心技術，而不得不從國外購買這種用于加工汽車發動機汽缸體缸孔的專用鏜床及加工中心，因為技術壟斷，這些機床的價格往往非常昂貴。十幾年來，通過各機床廠商、汽車企業與各高校的共同努力，取得了一定的進步，但是由于工藝、技術等問題，研制的機床并不盡如人意［2－3］。通過多年的研究試制，我們實驗室團隊人員在汽缸體缸孔加工技術上取得了較大的進展，開發研制的精鏜缸孔雙軸精密鏜床處于國內領先水平，完全可以替代這類機床的進口。

1 主要參數及技術難點分析

1.1 主要參數

汽缸體名稱:4缸直線型汽缸體

材料牌號:HT250

工件外形尺:311 mm×298 mm×237 mm

缸孔尺寸:直徑φ65.5 mm，深度118 mm

工件硬度:179～247 HBW

工件質量:30 kg

1.2 技術難點分析

企業對汽缸體缸孔的尺寸精度及形位誤差提出了較高要求，給出了圖樣，見圖1。

首先對其技術難點進行分析:

(1)四缸孔4×φ65.5 mm的形狀位置公差要求較嚴格，既要保證四缸孔圓度0.008 mm、圓柱度0.008 mm，又要保證缸孔軸線對曲軸孔公共軸線的垂直度0.04 mm。

(2)四缸孔直徑要求 φ65.5 ±0.02 mm。

(3)四缸孔珩磨后的表面粗糙度要求Ra=0.32 μm。

要達到以上所有的技術要求，加工難度很大。

2 缸孔精鏜加工工藝選擇

在缸體加工中，缸孔精鏜涉及的各項精度將會直接影響發動機的性能，因而企業在規劃這道工序時會結合企業及產品實際情況而選擇最合適的方案。缸孔精鏜加工工藝選擇涉及到加工設備、鏜削工藝、鏜刀等因素。目前，缸體加工生產線應用最廣的有兩種，一種是完全由加工中心組成的自動缸體線;另一種則是由組合/專用機床和加工中心相混合的柔性線，即“混合型柔性自動線”，這種生產模式為眾多汽車企業與機床廠商看好并優先采用，其優點是既具有相當的柔性又具有較高的生產效率，采用這種模式加工缸體時，缸孔的鏜削工序由專用鏜床完成［4］。本課題缸體生產線采用的是“混合型柔性自動線”，即設計缸體缸孔加工專用鏜床，缸孔的鏜削工序由此專機完成。本課題設計的缸孔專用鏜床見圖2。

鏜孔是箱體類工件中加工孔的常用工藝方法之一。對于長徑比較小的孔，傳統的工藝一般是采用刀具從工件的一端鏜進，這是一種非常經濟且應用極為廣泛的孔加工方法。對于長徑比較大的孔，如果采用傳統工藝加工缸孔，由于鏜軸呈懸臂狀態，鏜削時，由于鏜臂的懸伸量較長，很容易造成被加工孔尺寸精度和形位精度超差，因而不采用這種加工方法，一般采用調頭鏜孔的方法［5］。此缸體缸孔的孔徑比為1.8，孔徑比較小，故采用刀具從工件的一端鏜進的傳統工藝。為提高生產效率，將鏜床設計為雙鏜頭的專用立式鏜床。鏜削過程示意圖見圖3。

由于缸孔精鏜后尺寸精度及形位精度要求均較高，在此專機上配備了帶自動補償系統的鏜頭，用以改善和提高缸孔加工質量。

為進一步提高缸孔加工質量，減小切削熱帶來的缸孔尺寸與形位偏差，提高切削速度，延長刀具使用壽命，缸孔精鏜時采用濕式加工。

3 缸孔精鏜加工工藝設計

3.1 基準的選擇

合理正確地選擇定位基準，是保證缸孔加工精度及提高加工生產效率的前提。工件定位基準的選擇一般有以下4 方面的基本原則［6－7］:

(1)盡量使用工件上的設計基準作為定位基準，可以避免因基準不重合而引起的定位誤差，保證加工精度;

(2)確保工件一次裝夾能完成盡可能多的關鍵部位的加工;

(3)屬于批量加工時，對刀基準與工件定位基準重合;

(4)工件必須多次安裝時應遵守基準統一的原則。

依據以上原則并結合缸孔加工實際，缸孔精鏜加工時采用“一面兩銷”作為定位基準，限制缸體的6個自由度，如圖4。

3.2 切削參數與切削用量的確定

3.2.1 切削速度的選擇

考慮到所用機床為高精度、高速度鏜削專用機床，精鏜時采用CBN(立方氮化硼)刀具，查閱刀具手冊，選取切削速度Vc=400 m/min。

3.2.2 機床主軸轉速的確定

主軸轉速的計算公式為［8］

式中:n為機床主軸轉速，r/min;d為刀具直徑，mm;Vc為切削速度，m/min。

式(1)中刀具直徑d=65.5 mm，將選取的數據代入式(1)，可以算出機床主軸轉速n=1 944.86 r/min。

3.2.3 進給參數的確定

根據高速鏜削及精鏜缸孔的特點及要求，選取較小的進給量與背吃刀量，選取進給量f=0.15 mm/r，背吃刀量ap=0.1 mm。鏜削時，進給速度計算公式為［8］

式中:Vf為進給速度，mm/min;n為機床主軸轉速，r/min;f為進給量，mm/r。

將選取的值代入式(2)，可以得到進給速度Vf=291.7 mm/min。

3.3 工藝過程

由于被加工缸孔的長徑比較小，采用刀具從工件的一端鏜進的傳統工藝方案。工序簡圖見圖5。

精鏜時采用汽缸體底面及底面兩銷孔定位(見圖4)，采用氣壓自鎖式夾具夾緊，圖5中Q為主視圖氣缸壓緊。

精鏜工序的簡要過程是:上料，工作臺進入1、3孔加工區，完成1、3孔精鏜加工至 φ65.5mm(見圖6)，刀具退出，工作臺移動至2、4孔加工區，完成2、4孔精鏜加工至φ65.5+0.02－0.02mm(見圖6)，刀具退出，工作臺退回原點，進入下一道工序。

4 結語

通過機床的成功試制，并對汽缸體缸孔進行加工實驗，經過實測，缸孔的尺寸精度與形位精度均達到了圖紙設計指標，機床投入使用一年多以來，各項性能均保持良好。缸體生產線項目在重慶某機械制造企業實施后，汽車發動機缸體生產線的生產節拍為2.5 min/件，缸體年生產量達到12萬件，產值達到約1.2億元，由于經濟效益顯著及生產線的成功研制，企業隨即投入第二條生產線，實現了汽車發動機缸體大規模生產。

［1］朱正德.補償型鏜刀在發動機精鏜工序中的應用［J］.天津汽車，2008(9):44－45.

［2］康來明.發展數控機床，提升汽車零部件制造水平［J］.MC現代零部件，2008(4):54－60.

［3］張樹禮.汽車發動機缸體缸孔精加工技術［J］.金屬加工:冷加工，2011(2):16－18.

［4］朱正德.專機PK加工中心工藝選擇案例的啟示［J］.MC現代零部件，2009(4):39－42.

［5］周文.發動機缸體高速加工工藝設計與研究［D］.河北:燕山大學，2005.

［6］趙長明.數控加工中心加工工藝與技巧［M］.北京:化學工業出版社，2009.

［7］余承輝，姜晶.機械制造工藝與夾具［M］.上海:上海科學技術出版社，2010.

［8］華楚生.機械制造技術基礎［M］.重慶:重慶大學出版社，2007.