發動機鋁合金汽缸蓋加工去毛刺方法探討

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545000）

汽缸蓋（以下簡稱缸蓋）是發動機主要零部件之一，現代汽油發動機缸蓋的材料普遍使用鑄造鋁合金，其具有重量輕，強度高，成型性好，易加工，價格適中，回收率高等特點。各公司會根據產品性能的需求，選用不同牌號的鋁合金材料進行鑄造，不同材料的加工性能各異。

某工廠一直都生產材料牌號為AC4B（鋁硅合金，日本JIS標準，近似于GB YL112）的缸蓋。近期通過生產線的改造增加了新型號的缸蓋，使用的牌號為A356的鋁合金材料（鋁硅鎂合金，美國ASTM標準，近似于GB ZL101A）。新產品加工過程中，發現較嚴重的毛刺問題。這些毛刺會在發動機運行中進入主油道。缸蓋主油道中的毛刺會導致凸輪軸抱死，OCV閥失效，液壓挺柱失效。如果毛刺在裝配過程中掉落缸蓋墊上，會導致發動機的漏氣，油/水泄漏，油水混合等，從而造成發動機動力降低，排放超標，甚至失效等嚴重問題。為此，本文針對該新型號缸蓋加工產生的毛刺問題，提出了一些解決措施，分析了其實施效果。

1 毛刺問題現狀

鋁合金缸蓋加工過程中毛刺問題是缸蓋制造過程中長期困擾缸蓋技術團隊疑難問題。通過多年的生產和改進，舊型號缸蓋的毛刺問題已經得到有效抑制和解決。為了適應汽車市場的發展要求，公司推出了新型號的增壓發動機，因匹配增壓發動機的工況要求，增壓缸蓋采用了牌號為A356的鋁合金材料，在加工增壓缸蓋過程中，發現了大量的毛刺。缸蓋技術團隊必須在新產品量產前將毛刺問題解決。

缸蓋為箱體類零件，加工工藝主要分為銑面、鉆孔、鉸孔、鏜孔、攻絲和氣門導管和閥座加工等。通過收集統計發現，加工過程中產生的毛刺主要是在鉆孔（見圖1）和面加工（見圖2）過程中產生。

圖1孔加工毛刺

圖2面加工毛刺

通過查找相關資料，團隊發現A356鋁合金的抗拉強度、屈服強度和延伸率均優于AC4B鋁合金，在相同加工條件下表現為切削力增大，不易斷屑，粘刀等特點，而這些特點會導致鉆孔或銑面的過程中邊緣的材料容易受壓力變形形成毛刺，在刀具的壽命的中后期，刃口磨損到一定程度后，毛刺的問題尤為嚴重。

2 毛刺問題的解決方法

2.1 機械的方式去除法

增加毛刷（見圖3）對孔進行去毛刺。根據經驗，針對通孔加工的毛刺，使用毛刷進行驗證。經試驗，通孔毛刺的問題得到有效解決，但單件加工節拍卻比原來增加了28.3秒，節拍超出設計要求且不能通過工藝調整來消化新增的節拍。因此，該措施未能實施。

使用鋼絲刷（見圖4）替代尼龍刷（見圖5）進行去除面邊緣毛刺。原加工工藝中已使用尼龍材質的毛刺對各個面進行去毛刺，因面邊緣毛刺是受刀具刃口擠壓翻邊形成，該尼龍毛刷不能有效接觸到低于面的毛刺，即使增大每次走刀的磨損補償，仍有部分毛刺殘留。將尼龍刷換為鋼絲刷后，去毛刺效果明顯增強，但仍有少量粘連較強毛刺殘留，因此將鋼絲刷作為一個補充的解決措施。

圖3孔毛刷

圖4面尼龍毛刷

圖5面鋼絲毛刷

2.2 優化刀具切削參數

針對鉆孔毛刺問題，團隊計劃通過優化切削參數，驗證不同的切削參數下的毛刺問題的改善效果，從表1得知，單純優化切削參數，未能徹底解決毛刺問題。

表1不同切削參數[1][2]下的去毛刺效果

2.3 優化刀具設計

缸蓋加工刀具主要有銑刀、鉆頭、鉸刀、鏜刀、絲錐，以及氣門導管和閥座專用刀具等，下面主要針對于加工毛刺相關的鉆頭和面銑刀的加工工藝以及刀具設計優化進行討論。

2.3.1 鉆頭優化

現使用的鉆頭為通用鉆頭，鉆尖角度為118°/120°。我們計劃通過優化鉆尖的角度，從而達到消除毛刺的效果。如表2所示，鉆頭1將鉆尖角度從120°改為141°，改善刀具在鉆穿時的切削狀況，由擠壓改為切削，改進后驗證無毛刺，驗證成功；鉆頭2將鉆尖由普通的A型鉆尖改為E型鉆尖，目的同樣是為了改善鉆穿時的切削狀況，改進后驗證無毛刺，驗證成功。

表2鉆頭改進及驗證效果

2.3.2 面銑刀優化

在銑削加工過程中，影響毛刺形成原因的主要因素包括工件材料的機械性能，工件尾部的幾何形狀，切削參數的選用和刀具的幾何角度[3]。團隊計劃從刀片入手進行驗證。如表3所示，銑刀1用于加工缸蓋的進排氣面，原硬質合金刀片刀尖的圓角為R0.4，改為R0.4進行驗證，目的是提升刀片的鋒利程度，改進后驗證無毛刺，驗證成功。銑刀2用于加工缸蓋的燃燒室面，原刀片刀尖為45°的倒角，改進的思路是在原45°倒角的基礎上增加1個15°的倒角，相當于把切削刃分成兩段，一段用于加工，另一段用于去毛刺，經驗證效果良好，無毛刺殘留，驗證成功。

表3銑刀改進及驗證效果

3 結束語

某工廠缸蓋加工技術團隊面對新型號的鋁合金缸蓋加工產生的毛刺問題，針對毛刺產生的機理，通過刀具的優化和改進，輔以鋼絲刷的使用，優化切具切削參數，優化刀設計，毛刺問題已經得到有效抑制。目前，上述措施已經全面實施，保證了新型號缸蓋的順利量產。文中所述的問題的分析方法以及刀具的改進思路，可為行業中鋁合金加工中的毛刺問題提供相關經驗參考。

[1]張益芳.金屬切削手冊[M]．上海：上海科學技術出版社社，2011.

[2]艾興，肖詩綱．切削用量簡明手冊[M]．北京：機械工業出版社，2004．

[3]萬 鑫．金屬加工過程中毛刺處理的相關問題[J]．中國科技博覽，2010，（22）：17-18.