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汽配零件的“人气选手”缸盖的工艺优化研究

2020/11/22 作者:智造文记 来源:夹具侠 点击:

  摘要:聊起夹具,汽配件夹具相信是一个永不褪温的话题,各类异形工件、夹持难题的解决,都是夹具企业的一把把辛酸泪

聊起夹具,汽配件夹具相信是一个永不褪温的话题,各类异形工件、夹持难题的解决,都是夹具企业的一把把辛酸泪。而如今,随着制造业整体生产周期的加速,对于夹具企业来说,夹具结构的改进是一回事,对于夹持零件的工艺改造,也是非常重要的一环。今天,就让我们来看看汽配零件的“人气选手”缸盖的工艺优化研究!

一、缸盖概述

缸盖是汽车发动机的关键部件之一,其位于发动机上部,借助螺栓、缸垫与气缸体牢固合体。缸盖用于封闭气缸并构建发动机的燃烧室,同时作为发动机的配气机构及相关部件的装配基体,缸盖加工工艺十分复杂,其主要特点有两点:第一,汽车发动缸盖通常为六面体,是多孔薄壁件,孔壁最薄部分仅3.5μ左右,孔壁加工数量可达100个。第二,缸盖强度和刚度要求较高,只有达标才可保证气体在热应力及压力的共同作用下稳定运行。以上工艺均具有很高的加工精度要求,其加工质量好坏直接影响着发动机效能的发挥。

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图1 六面体多孔薄壁

二、加工工艺详述及优化

2.1:制造材料

在发动机生产领域,我们通常以灰铸铁、合金、蠕墨铸铁来做缸盖材料。当前,柴油机通常使用蠕墨铸铁或灰铸铁,而汽油机则较多使用合金,市场上有少量小型柴油机也采用铝合金材料。铝合金导热性好,有利于提高压缩比,进而提高发动机效能。在节能环保理念的推动下,人们对汽车发动机的节能减排要求不断提高,驱使着包括缸盖在内的汽车发动机材料不断优化。以前,柴油机四气门缸盖气门间裂纹的情况时有发生,后来随着蠕墨铸铁的应用推广,这一问题得到了良好的解决。

在缸盖加工领域,由于灰铸铁、铝合金、蠕墨铸铁三种材质的特性不同,其加工效率也不同。就加工效率而言,三种材质中以蠕墨铸铁效率最低,而铝合金效率最高。

2.2:加工生产线与工艺

在汽车发动机缸盖加工领域,柴油发动机常用的蠕墨铸铁或灰铸铁缸盖生产线布置通常有三种:

①为专用设备生产线。其拥有加工效率较高、刀具等运行成本较低的优势,通常用于定型缸盖的大批量生产;劣势在于一旦需要改变产品设计,则改造成本非常高。

②加工中心+专用设备生产线,通常用于持续有小幅调整更改的产品,其改造成本可以很好地控制。

③由加工中心组成的柔性生产线,通常用于生产未定型发动机产品或产量较低的产品,其劣势在于刀具等运行成本较高。在当今的铝合金缸盖加工工艺中,生产线通常为加工中心构成的柔性生产制造系统,设备主轴多采用电主轴,主轴转速通常都定在7 000 r/mm以上。对于柔性加工线,顶底面加工可采用立式加工中心完成,而四侧面孔加工则可采用卧式加工中心完成。基于柔性加工线的成本分析,立式加工性价比较高,因此比较受用户欢迎。在缸盖加工中,加强立式加工中心的配置无疑可以获得更好的成本优势。

对于生产线的总体布置,通常集中工序单元采用“U”型布线,与此同时,在进行工艺方案设计时,必须充分考虑到物流、投资与产出综合成本、人体工学最优化等诸多因素。

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图2 发动机缸盖生产线

三、铝合金缸盖加工工艺的难点及优化

3.1:平面加工

从缸盖的内部结构来看,大平面较多,进、排气面和项面、底面均为大平面,这就要求平面度及表面粗糙度等精度必须保持较高水平,进而要求机床拥有实现高精度加工的能力,能达到较高的刀具调整精度和几何精度。以前,缸盖大平面主要是运用合金刀片加工,现在由于毛坯情况通常较好,因此常用金刚石刀片加工,这种工艺可以优化缸盖平面,提高加工表面的精度。

3.2:高精度孔加工

缸盖有气门导管孔、凸轮轴孔、挺杆孔等高精度孔,彼此间配合严密,因此加工时要严格把控其表面的粗糙度、位置及尺寸精度等。在进行加工时,缸盖气门导管和气门阀座是同时进给加工,要做到一次到位,以减少误差,保持气门导管与阀座的同轴度。具备密封配合要求的气门阀座和锥面,对圆度及跳动有严格要求;有些气门导管孔有运动件间配合要求,因此其尺寸精度要求特别高,且由于两者的材质不同,所以在加工过程中,应注重刀具材料选用等。

3.3:气门导管底孔加工

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