一款汽車發動機活塞數控銑削工藝

2014-07-08 02:15:32徐立華殷銘

機械工程師 2014年9期

關鍵詞：方向

徐立華，殷銘

(蘇州工業職業技術學院精密制造工程系，江蘇蘇州 215104)

0 引言

汽車活塞是汽車發動機中的關鍵零件，其主要作用是承受燃燒室膨脹的氣體壓力，通過后部的活塞銷傳遞力給連桿驅動曲軸旋轉，從而發動機對外做功。

此次一駐校科研公司研發一款兩沖程四缸八活塞對壓式發動機需要根據其設計要求加工活塞，活塞設計如圖1。

該活塞為發動機式樣測試使用，故數量需求較少。作為校企合作橫向課題，由學院專業教師團隊利用普通機床、通用夾具和刀具設備，利用先進的CAD/CAM 軟件完成了該批次活塞的加工。

1 零件結構特點和材料分析

該活塞從上往下依次分為活塞頂部、活塞頭部和活塞裙部三個主要部分。如圖1 所示最上部為活塞頂部，是燃燒室的組成部分，頂面設計為圓臺形凸面，其凸面上設計有兩個凹形曲面坑，一個為進氣門避碰坑，另一個排氣門避碰坑。

在活塞頂下面含有兩道圓柱部分為活塞頭部。其作用是安置氣環至其上方環槽內，承受氣體壓力，將熱量通過活塞環傳給汽缸壁，安置油環至其下方的環槽內，將缸壁多余潤滑油刮下后由油環槽的底部小孔回到油底殼。

圖1 活塞三維圖

活塞裙為活塞環槽以下的部分，此處在缸內氣體壓力下承受側壓力,容易產生變形,在銷座與環區的連接位置為應力集中處,活塞的疲勞裂紋常出現于銷孔頂部，由于活塞體在軸線方向溫度和質量的分布不均勻更會導致其各斷面發生上大下小的熱膨脹變形。

該活塞的原材料為7075 鋁合金φ90 棒料，該材料為商用最強力合金之一，也被稱為超高強鋁棒。具有良好的耐磨性、抗腐蝕性、機械性能及陽極反應，晶體顆粒細小。常用于制造各種機械結構件，也被廣泛用于模具、機械設備、工裝夾具等制造。在進行銑削前已用數控車床車削到如圖2 所示尺寸。

圖2 活塞車加工尺寸圖

2 加工工藝分析和制定

圖3 加工方向示意圖

圖4 車加工完成后的零件

活塞在裝配和運動過程中最重要的精度要求為各環槽的位置寬度、活塞頭直徑的尺寸精度、活塞頭軸線和銷孔軸線的垂直度、各面的表面粗糙度，這些都是銑削過程中必須保證的形狀和位置加工精度。會直接影響到活塞的后期裝配和使用。

充分利用平口鉗和三爪卡盤的特性,可以完成活塞體的銑削,制定了以下工藝過程，如表1 所示。其中在數控車上已經完成如圖4 所示的零件外圓和各環槽加工。

表1 數控加工工藝過程

3 程序生成和加工

此次使用到了Siemens NX 的CAM 技術，利用到了制造模塊中的型腔銑（Cavity Mill）、平面銑（Planar Mill）、曲面輪廓銑（Contour Mill）和孔位加工（Drill）操作。通過CAM 技術的運用，可以調節到加工刀路中的各個細節，滿足加工的需要，并可以直觀的方式顯示在屏幕上幫助觀察和確認。

3.1 活塞銷孔X、Z正負四周加工

銷孔方向加工用平口鉗夾持圓柱形毛坯，注意車加工的基準面放置在固定鉗口端，CAM 設定是設定對應的加工坐標系。X 反向時在已加工表面墊好等高塊加工。

采用型腔銑進行粗銑，去除大部分的余量；采用平面輪廓銑進行各平面和側面的精加工；采用曲面輪廓銑精加工曲面；采用點位加工小孔；對銷孔進行粗銑和精鏜加工。生成的刀路和驗證結果如圖5 所示。凹槽方向加工時，注意車加工的基準面放置在固定鉗口端不變，用百分表找垂直已加工的平面，保證工件的定位準確。生成的刀路和驗證結果如圖6 所示，完成四周銑削的活塞如圖7 所示。