陳承銳

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，各汽車制造商在不斷提高品質、性能和生產(chǎn)效率的同時，對發(fā)動機關鍵零件的加工工藝也在不斷地進行探索，以保證發(fā)動機的高性能。對于汽車發(fā)動機氣缸體而言，其精加工難度比較大的部分主要集中在氣缸體的缸孔部分，在進行缸孔加工過程中，需要精度非常高的加工工藝。特別是乘用車的發(fā)動機氣缸體缸孔，其精度的要求也就越來越高，為了更好的確保發(fā)動機的穩(wěn)定性，就需要在發(fā)動機氣缸體缸孔加工的過程中全面考量缸孔的精度，從而真正實現(xiàn)發(fā)動機的穩(wěn)定運行。

1 發(fā)動機氣缸體加工技術發(fā)展現(xiàn)狀分析

汽車發(fā)動機氣缸體的加工質量和生產(chǎn)效率決定著汽車的質量和企業(yè)效益，目前國內(nèi)外都十分重視發(fā)動機的研發(fā)，通過一系列的開發(fā)與試驗，以努力生產(chǎn)出高質量、高效率、低排放的汽車發(fā)動機，具備發(fā)動機核心技術。對于汽車發(fā)動機而言，氣缸體是非常重要的組成部分，也可以說氣缸體是發(fā)動機的心臟，缸孔的精度要求是保證氣缸體質量的關鍵要素，所以缸孔加工精度對于汽車的性能影響是非常大的。目前發(fā)動機氣缸體缸孔的缸徑精度已達到00.013 mm，圓度0.005，圓柱度0.006的精度等級，汽車制造商在氣缸體缸孔的加工設備、工裝、刀具、測量上投入大量成本，規(guī)劃設計產(chǎn)線采用柔性制造CNC設備，采用一次裝夾的綜合工裝，使用進口刀具，并配置在線測量機和MES數(shù)據(jù)收集分析系統(tǒng)，以保證缸孔尺寸精度和穩(wěn)定性。

2 發(fā)動機氣缸體缸孔加工工藝安排

2.1 氣缸體加工工藝安排原則

氣缸體加工遵循的工藝安排原則[1]：

（1）首先從大表面切除多余的加工層，以保證精加工后切削造成的變形量小。

（2）容易發(fā)現(xiàn)氣缸體內(nèi)部缺陷的安排在前工序，減少不必要的加工浪費。

（3）把大孔徑、深孔加工盡量安排在較前面的工序，避免因較大內(nèi)引力，影響后工序的精加工。

2.2 影響缸孔精度的加工因素

影響缸孔精度的加工因素：

（1）工藝順序。先切除氣缸體頂、底、前、后四個大面大部分鑄造加工余量，使氣缸體鑄造應力得到釋放；在精加工缸孔前，將各個面的孔加工完成，以免加工近缸孔的其它孔時造成缸孔變形；主軸承孔的剛性較缸孔好，精加工時先加工主軸承孔，再加工缸孔。

（2）定位精度。主要是定位基準不準帶來的工藝問題，主要表現(xiàn)在缸孔壁厚不均勻，鏜削余量分配不均勻，導致加工過程出現(xiàn)不均勻的受力分布，難以滿足孔徑、圓度、圓柱度的精度要求。

（3）硬件條件。包括加工設備精度的保證和穩(wěn)定性、工裝夾具的剛性和定位精確、刀具的切削受力均勻。

氣缸體缸孔的加工，主要采用鏜削工藝。其工作過程是氣缸體工件在工作臺上固定不動，由刀具隨著加工設備主軸旋轉運動，靠主軸進給或工作臺移動運動，從而實現(xiàn)鏜削，通常使用微調鏜刀、定位鏜刀[2]。

2.3 氣缸體缸孔加工工藝流程

氣缸體缸孔加工工藝流程：

毛坯孔（φ72）→粗鏜缸孔（φ77±0.2、Ra6.3）→半精鏜缸孔（φ78.3±0.1、Ra3.2）→精鏜缸孔（Ra1.6）→ 鏜 止 口 （φ79.8+0.5、Ra1.6）→ 珩 磨 缸 孔（φ79+0.013）（見圖 1）。

3 發(fā)動機氣缸體缸孔精加工工藝技術要求

3.1 加工設備的選型

設備的選型要按照工藝設計的技術要求進行，明確設備要完成的工作，達到的產(chǎn)能、質量目標，柔性條件。根據(jù)技術調研、學習、制造商交流、同行對比、以往經(jīng)驗的積累和應用反饋，以及工藝設計優(yōu)化的原則，進行工藝設計，把工藝設計成果應用在設備選型的具體技術要求中。加工中心作為標準數(shù)控設備其各個模塊都已標準化，在柔性和可靠性上都得到了提升，性價比較高。

現(xiàn)代汽車發(fā)動機升級換代快，對生產(chǎn)線柔性化、可靠性、快速切換形成生產(chǎn)能力的需求越來越高，使加工中心在汽車行業(yè)廣泛應用。依據(jù)1.8 L發(fā)動機氣缸體產(chǎn)線JPH設定、缸孔質量要求、產(chǎn)品壽命周期、投入產(chǎn)出分析等條件，產(chǎn)線選擇了DMG MORI臥式鏜銑加工中心NHC6300設備（見表1）。

表1 設備主要技術參數(shù)

3.2 工裝夾具的設計要點

工裝夾具設計是在工件加工工藝設定后，按照工序的具體加工內(nèi)容和要求進行的。工裝夾具的設計質量高低，應以能否穩(wěn)定地保證工件的加工質量，生產(chǎn)效率高，操作安全、省力和制造、維護容易等為其衡量指標。保證工件加工精度的關鍵，首先在于正確地選定定位基準、定位方法和壓緊、支撐點，同時設計工件定位裝夾氣密檢測功能，保證工件定位準確，必要時還需進行定位誤差和加工受力分析，確保夾具能滿足工件的加工精度要求[3]。工裝夾具設計時應盡量采用各種快速高效的裝夾機構，盡可能采用標準元件和標準結構，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率，制造容易，以降低夾具的制造成本[3]。結構應力求簡單、合理，便于制造、裝配、調整、檢驗、維修等。為保證工裝夾具具備足夠的強度和剛度，在客觀條件允許且又經(jīng)濟適用的前提下，應盡可能采用鍛造底板和液壓夾緊裝置。工裝夾具還應排屑方便，必要時可設置排屑結構或大流量沖屑裝置，防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具。

1.8 L發(fā)動機氣缸體缸孔精加工，為保證缸孔、主軸承孔、前后端面銷孔之間的位置度關系（如圖 2），將此加工內(nèi)容設計在同一工序，設計一套專用工裝夾具（如圖 3），一次裝夾，保證各尺寸之間的精度要求。氣缸體缸孔是發(fā)動機工作氣體壓縮燃燒和膨脹的空間，并對活塞起導向作用，活塞通過連桿連接曲軸進行往復運動，曲軸是主軸承孔進行定位，缸孔表面是發(fā)動機磨損最嚴重的表面之一，若缸孔、主軸承孔之間的位置度精度無法保證，嚴重影響了發(fā)動機的質量和壽命。

圖2 氣缸體缸孔、主軸承孔位置度關系

圖3 氣缸體缸孔精加工夾具

3.3 加工刀具的設計選擇

氣缸體缸孔的精加工采用鏜削工藝，1.8 L發(fā)動機氣缸體是灰口鑄鐵材料，傳統(tǒng)加工采用硬質合金刀片加工灰口鑄鐵最高線速度不能超過350 m/min，反之則會劇烈磨損。使用CBN刀片加工，最高線速度可達到1 500 m/min（不考慮機床剛性的基礎上），而且保證高的耐磨性，和高的被加工工件的表面質量[2]。本次加工1.8L發(fā)動機氣缸體缸孔采用MAPAL的刀柄和鏜刀頭（如圖 4、圖 5），CBN粗刀片4片（SPCTHD09T304D67L）、CBN 精刀片 2片（K1288-1213-FU895）。

圖4 精鏜刀頭圖

圖5 組合精鏜刀具圖

3.4 缸孔精加工切削舉例

以1.8 L發(fā)動機的氣缸體缸孔精加工為實例，來說明設備、工裝、刀具設計選擇，保證缸孔加工尺寸精度和生產(chǎn)效率。

氣缸體名稱：LJ479QE2四缸直線型氣缸體；材料牌號為HT250。

工件外形尺寸：400 mm×360 mm×290 mm；工件硬度為180～230 HB。

加工設備：DMG MORI臥式鏜銑加工中心NHC6300機床；工裝：專用夾具。

刀具：MAPAL精鏜刀。

切削參數(shù)：轉速S2200 r/min、切削進給F500 mm/min、走刀深度H153 mm；空走進給F2000 mm/min、安全空走深度H15 mm；退刀和移動進給F30000 mm/min、距離 L1312 mm。

加工節(jié)拍：時間 Tc=（153/500*4+15/2000*4+1312/30000）*60=78 s

生產(chǎn)現(xiàn)場采用《中位數(shù)控制圖》進行控制，操作人員加工完成自檢測量，通過內(nèi)徑千分表讀取數(shù)據(jù)，直接在控制圖中打點，通過中間點，作出折線圖，省去繁瑣的計算，操作簡單。在加工生產(chǎn)過程中，每次抽檢連續(xù)生產(chǎn)的5件，圖表上的數(shù)據(jù)是同一臺設備加工同一個缸孔的數(shù)據(jù)。工藝技術人員通過收集生產(chǎn)現(xiàn)場的《中位數(shù)控制圖》，利用X-R控制圖對缸孔精加工工序能力進行分析，求出Cpk值，Cpk值>1.33，生產(chǎn)過程能力充分。

4 結束語

綜上所述，為保證1.8 L發(fā)動機氣缸體缸孔的精加工工藝技術要求和生產(chǎn)效率，合理選用加工設備、設計制造工裝夾具和刀具，應用柔性制造技術和切削新材料，達到高性價比的工藝方案。但仍然需要進一步的學習和優(yōu)化，從而更好地向智能制造邁進，提升企業(yè)機械加工產(chǎn)品的工藝水平。