論汽油機鋁合金缸體試制開發的機加工藝

周黎明

摘要：為了滿足結產品開發對試制樣件的需求，合理制定缸體機加試制工藝方案，就能以較短的周期和較高的質量，達到試制驗證的目的。

關鍵詞：缸體；機加工藝；試制

1前言

在新產品設計完成之后、正式投產之前，開發企業要進行少量的樣件的試制，目的在于驗證產品設計是否達到預期的質量和制造可行性，同時開展整機裝配及性能試驗。樣件的試制有其特殊之處，數量少、要求高、工藝難度大，但對制作周期、樣件質量有著苛刻的要求。為了滿足這些目的，就需要對試制工藝的制定進行嚴格把關。

為此，以試制工作的特點為出發點，利用數控加工中心，配置必要的專用夾具和刀具，通過實踐設計出一套適用于汽油發動機鋁合金缸體試制開發的機加工藝。

2產品結構及技術要求

該缸體為分體式結構，由氣缸體、曲軸箱兩部分組成，毛坯材料為ADC12，內嵌4個高磷鑄鐵缸套，采用高壓鑄造，缸體成品需經過高精密機械加工成型。缸體加工時，首先需完成氣缸體、曲軸箱的分體加工，合缸后再進行曲軸孔、頂平面及缸孔等的精加工。為了減重及保證良好的鑄造工藝性，缸體一般壁厚不超過3.5mm，造成缸體的剛性較差，因此在工藝方案制定時需要考慮缸體變形對加工精度的影響。缸體需要加工的內容主要包括平面、斜面、銷孔、螺紋孔、油孔、曲軸孔和缸孔。

3試制工藝方案

3.1基準的選擇

使工件的設計基準、工藝基準與編程基準（編程原點）三者統一。這樣不僅可以避免因基準不重合而引起的定位誤差，保證加工精度，而且可以簡化程序編制。

3.2加工原則

缸體加工全過程預計有十多道工序，根據先粗后精的加工順序，在保證試制產品質量的前提下，特制定以下加工原則：

1.首先進行頂平面的粗加工，以去除大部分加工余量；

2.考慮將可能較早發現缺陷的工序安排在優先工序；

3.深孔加工易產生較大應力，安排在較先的工序，以免內應力的變化影響加工精度；

3.3刀具選擇

鋁合金硬度低，熔點低，切削時易形成積屑瘤，造成被加工工件尺寸精度差，表面粗糙；由于加工中心的主軸轉速較高，要求刀具的抗振性要好，同時為了保證加工效率，需進行自動換刀。

一般來說，數控加工中心的刀具應具有較高的耐用度和剛度，刀具材料抗脆性好，有良好的斷屑性能、可調易更換；其次在制造工藝性上考慮，盡量多選用標準刀具和成形刀具。

3.4夾具設計

由于缸體結構比較復雜，集成了多種加工要素，且各加工要素分布在6個平面內，在一次裝夾中，要盡可能完成多的加工內容，同時又要避免反復裝夾引起的零件變形，為此，對夾具的設計提出了下述要求：

1.根據基準重合的原則，在夾具設計時要確保零件坐標系與設備坐標系方向一致，實現零件在加工中心上的定向安裝，并且要確保零件定位基準面與加工中心建立一定的尺寸聯系。

2.為保證加工的精度，夾具應具有足夠的強度和剛度，以防止自身的變形。

3.優先選擇手動夾緊夾具，盡可能避免結構復雜、成本高昂。

4.滿足夾具在調整或更換過程中重復定位的可靠性。

3.5關鍵加工方法

1.缸體頂平面與缸蓋燃燒室面配合，平面度、表面粗糙度的要求很高，為了避免接刀痕的產生同時更好的保證平面度，使用大直徑的盤銑刀銑削，加工過程為粗銑一精銑工藝。

2.曲軸同軸孔的加工，采用長短結合的兩把同等尺寸的鏜刀，先用短鏜刀加工#1、#2主軸頸，再利用已加工的#1、#2主軸頸作支承導向，用長鏜刀加工完成#3～#5主軸頸的加工。#1、#2主軸頸作鉆模套使用，支撐住鏜刀，使孔的同軸度得到保證。曲軸孔的加工過程分為三步，粗加工一半精加工一精加工。粗加工后的余量為0.4mm，半精加工后的余量為0.04mm，最后精鏜至成品尺寸。

3.缸孔的加工方法是粗鏜→半精鏜→精鏜→半精珩→精珩。粗鏜留量0.05mm，半精鏜留量0.015mm，精鏜留量0.005mm，以保證缸孔圓度、圓柱度；最后珩磨至要求尺寸。在試制階段采用Mapal珩磨頭，珩磨條采用氧化鋁、碳化硅或人造金剛石，兩組不同的珩磨條在珩磨頭上對稱分布或不對稱分布，珩磨條由特殊的雙聯深度進給系統，可在一次裝夾中完成粗精珩。

3.6環境溫度

鋁合金材料的加工，溫度是極其重要的加工要素，控制不好溫度，很容易讓加工后的產品出現質量問題。根據實際試制經驗，制造現場的環境溫度控制在（25±3）℃范圍內較為合適，這樣可以避免溫度波動造成的工件變形，能更好的保證工藝參數和產品質量的一致性。

3.7工序間的協調

由于缸體需進行氣密試驗、三坐標檢測，在工序設計時，需將這些工序有效的銜接起來。在缸體合缸加工前首先進行氣密試驗，待合缸后，進行曲軸孔等精加工工序，最后對缸體尺寸進行三坐標檢測，這樣可以有效實現缸體合缸、分缸一次完成，不僅可以較早發現泄漏問題，而且可以對合缸螺栓和螺紋孔起到保護作用。

3.8工藝流程

氣缸體試制開發機加工藝流程，如表2所示。

4結束語

本文總結出了一套鋁合金缸體試制加工的一般工藝方法。通過試制工藝方案的實施，規避了曲軸孔圓度、同軸度、頂平面平面度超差的風險，較好的保證了試制進度與試制質量，為以后類似零件的試制提供了技術參考。