■ 中國船舶重工集團公司第712研究所 (湖北武漢 430064) 丁立芳 劉明學
活塞是發(fā)動機的“心臟”,承受交變的機械負荷和熱負荷,是發(fā)動機中工作條件最惡劣的關(guān)鍵零部件之一?;钊墓τ檬浅惺軞怏w壓力并通過活塞銷傳給連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)?;钊窃诟邷?、高壓、高速和潤滑不良的條件下工作,而活塞卡簧槽的質(zhì)量直接影響發(fā)動機工作的穩(wěn)定性和壽命。
圖1 320活塞卡簧槽尺寸要求
320活塞(見圖1)是船用柴油發(fā)動機使用最廣泛的活塞之一,材質(zhì)為鋁合金,該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較復雜,加工精度要求高,制造過程存在一定的難度。在批量生產(chǎn)中,320活塞因卡簧槽尺寸超差而頻繁出現(xiàn)質(zhì)量問題,給產(chǎn)品的正常交付帶來了嚴重的影響。
經(jīng)過分析,造成320活塞卡簧槽不合格的因素有:粗切卡簧槽超差、精切卡簧槽不合格(包括精切卡簧槽寬度和表面粗糙度超差),其中精切卡簧槽過程中出現(xiàn)不合格數(shù)量占活塞卡簧槽加工不合格總數(shù)量的95%以上。
針對精切卡簧槽工序的生產(chǎn)過程及工藝方法進行分析,共找出了三個主要原因:加工參數(shù)不合理、刀具材質(zhì)規(guī)定不明確以及精車工序加工余量大。
(1)試驗目的和考察指標。目的:通過正交試驗法,找出最佳加工參數(shù)組合,達到以較低成本同時滿足降低表面粗糙度值和提高加工精度的目的。方法:分別選擇不同的主軸轉(zhuǎn)速、進給量和背吃刀量進行驗證。由于320活塞尺寸規(guī)格大、質(zhì)量大,出于安全考慮,主軸轉(zhuǎn)速≤600r/min??疾熘笜耍翰蹖捑?.04+0.02+0mm以及卡簧槽表面粗糙度值<1.25μm。
(2)試驗因素。經(jīng)分析,有三個因素需要確定最佳條件:①主軸轉(zhuǎn)速。②進給量。③背吃刀量。
(3)選位級,制定因素位級表。根據(jù)工藝分析,每個因素選三個位級較為合適。①因素A,即主軸轉(zhuǎn)速S(r/min):A1=300、A2=400、A3=500。②因素B,即進給量f(mm/r):B1=0.08、B2=0.12、B3=0.18。③因素C,即背吃刀量ap(mm):C1=0.2、C2=0.1、C3=0.05。
表1 正交試驗表
表2 補充試驗結(jié)果
圖2
(4)設(shè)計試驗方案。選用L9(34)正交表安排試驗,如表1所示。
(5)結(jié)果分析。各因素對結(jié)果影響的重要程度。極差R最大者,對結(jié)果影響程度最大;R最小者則影響程度最小。因此,影響主指標槽寬精度的因素的重要程度次序是A、B、C;對影響次指標表面粗糙度值的因素的重要程度次序是A、B、C。
直接看:從試驗表中可以看到,第5號的試驗結(jié)果最好,其工藝條件為A2B2C3,同時滿足槽寬精度和表面粗糙度要求。
算一算:從位級之和可以看出,提高320活塞合格率最好的工藝條件應是A2B2C2。趨勢如圖2所示。
綜合評定:“直接看”與“算一算”結(jié)果有差異,但其重要因素A、B是一致的,均為A2B2;因素C要在C2、C3中選取。根據(jù)上批試驗的情況,決定對“算一算”的好條件進行補充試驗,試驗結(jié)果如表2所示。
在滿足槽寬精度要求的前提下,表面粗糙度值越低越好。經(jīng)綜合評定,其最佳加工參數(shù)可望是A2B2C2,即主軸轉(zhuǎn)速S=400 r/min,進給量f=0.12mm/r,背吃刀量ap=0.1mm。
小批跟蹤試驗取得成功,數(shù)據(jù)如表3所示。
(6)確定加工參數(shù)組合。經(jīng)綜合評定和小批試加工,最佳加工參數(shù)為:主軸轉(zhuǎn)速S=400 r/min,進給量f=0.12mm/r,背吃刀量ap=0.1mm。
表3 小批試驗結(jié)果
通過現(xiàn)場加工比較統(tǒng)計,采用標準寬度為6mm的普通合金刀片和金剛石刀片分別精加工320活塞的卡簧槽,加工結(jié)果如表4所示。
表4數(shù)據(jù)表明,采用普通合金刀片精加工320活塞卡簧槽,狀態(tài)極不穩(wěn)定,處于不受控狀態(tài);采用金剛石刀片精加工320活塞卡簧槽,加工狀態(tài)比較穩(wěn)定,平均每把刀片的加工數(shù)量都在57件以上,處于受控狀態(tài)。
根據(jù)表4數(shù)據(jù)還可計算出精切活塞卡簧槽的刀具成本,如表5所示。
結(jié)論:采用標準寬度為6mm的金剛石刀片精切卡簧槽,不僅達到了目標要求,使卡簧槽加工處于受控狀態(tài),而且還節(jié)約了刀具成本。
對于精度要求較高的有色金屬加工(精度等級IT6~IT7,表面粗糙度值Ra=0.8~1.6μm,經(jīng)濟的加工方案為:粗車→半精車→精車。因此,在原來粗車工序加工余量不變的情況下,調(diào)整了加工工序,將精切卡簧槽分為半精加工和精加工兩道工序,半精加工后卡簧槽單邊余量為0.1mm。
半精加工和精加工采用一次裝夾完成,只是使用的刀具不同,而且半精加工使用的刀具為精加工切削淘汰的刀具。既保證了精車工序的加工余量,又提高了刀具的利用率。
采用標準寬度為6mm的金剛石刀片分別按精車加工余量為1mm和0.1mm來加工320活塞,試驗結(jié)果如表6所示。
將精車卡簧槽的加工余量調(diào)整為0.1mm,并合理地劃分加工工序,使320活塞卡簧槽的合格數(shù)量顯著提升。
通過對加工參數(shù)、刀具材質(zhì)和精車工序加工余量等方面的改進,提高了320活塞卡簧槽的加工質(zhì)量,為同類產(chǎn)品的加工提供了借鑒。
表4 采用不同材質(zhì)刀片加工卡簧槽的合格數(shù)量
表5 采用不同材質(zhì)刀片加工卡簧槽的刀具成本
表6 采用不同材質(zhì)刀片加工卡簧槽的刀具成本
參考文獻:
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