新余學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 江西新余 338004

1 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

在汽車發(fā)動機(jī)生產(chǎn)過程中,清潔度是評定汽車發(fā)動機(jī)質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。清潔度不僅影響發(fā)動機(jī)的耐久性與可靠性,而且最終會影響汽車的使用壽命。缸蓋是汽車發(fā)動機(jī)的重要部件之一,缸蓋上的燃燒室分布著許多孔道，直接影響發(fā)動機(jī)的燃燒效率。缸蓋上形狀復(fù)雜、深且細(xì)小的水道孔，其內(nèi)部的清潔度要求很高。復(fù)雜的交叉孔系,在加工中易積聚切屑,孔內(nèi)的殘余細(xì)小鋁屑難以清除,缸蓋水道孔清潔的好壞直接影響發(fā)動機(jī)的運(yùn)行效率及使用壽命[1-2]。

傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)缸蓋的清洗工藝是采用清洗機(jī)來實(shí)現(xiàn)的,尤其是缸體清洗機(jī),其技術(shù)含量在各類發(fā)動機(jī)零部件清洗機(jī)中是最高的。主要清洗工藝流程為浪涌清洗、定點(diǎn)清洗、吹干、真空干燥。傳統(tǒng)清洗工藝可以滿足大部分清洗要求,但對于水道孔等一些形狀不規(guī)則、細(xì)小而深的孔無法清洗到位。現(xiàn)有解決這類孔道清洗問題的措施是在加工中心上增加一把清洗刀具,對這類小而深的孔進(jìn)行精確定位沖洗。目前清洗刀具只有一個出水口,但是缸蓋上的每個燃燒室都有十個水道孔,這導(dǎo)致每次清洗的節(jié)拍過長，影響整臺加工中心的節(jié)拍。為了改善加工生產(chǎn)節(jié)拍,提高小時工作量,優(yōu)化清洗刀具成為一個具有研究價值的課題[3-5]。

2 參數(shù)合理設(shè)置

2.1 清洗壓力設(shè)定

筆者所設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床定點(diǎn)清洗刀具噴頭采用高壓水流,冷卻系統(tǒng)的冷卻液經(jīng)過濾紙的一級過濾被送至水箱,隨后高壓水泵抽出冷卻液,再經(jīng)過高壓二級過濾,將冷卻液通入主軸,然后分別通過各個噴水孔對缸蓋上水道孔進(jìn)行清洗。根據(jù)水道孔內(nèi)鋁屑的殘存情況,將水流壓力設(shè)為5 MPa,此時可以取得良好的清洗效果[6]。

2.2 過濾精度設(shè)定

通過主軸的冷卻液設(shè)定三級過濾。一級過濾通過提升泵將機(jī)床的冷卻液直接抽取到縫隙式過濾器過濾。二級過濾冷卻液通過進(jìn)料箱在過濾無紡布上流動,無紡布過濾后的冷卻液在水箱里儲存。三級過濾冷卻液經(jīng)過抽水泵至反沖洗過濾器過濾。最后由高壓泵供給主軸,由刀具噴頭對水道孔進(jìn)行清洗。經(jīng)過三級過濾,最終保證刀具噴頭端的冷卻液過濾精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求30 μm。

3 刀柄結(jié)構(gòu)

刀柄與刀具連接的部分可分為三種：液壓刀柄、熱脹式刀柄、側(cè)固式刀柄。筆者設(shè)計(jì)的定點(diǎn)清洗刀具噴頭是在德國格勞博加工中心主軸上使用，這一主軸采用凱斯樂標(biāo)準(zhǔn)主軸，凱斯樂主軸使用HSK拉刀爪機(jī)構(gòu)。根據(jù)拉刀爪機(jī)構(gòu),刀具噴頭加工時負(fù)載較低,考慮生產(chǎn)成本,采用HSK側(cè)固式刀柄。這種刀柄內(nèi)部設(shè)有水流通道,并與噴頭主面上的噴水孔相貫通。

4 噴頭結(jié)構(gòu)

缸蓋結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,內(nèi)表面分布水道、油道、進(jìn)氣管道和出氣管道等。多數(shù)管道尺寸較大,經(jīng)過清洗機(jī)清洗后完全可以達(dá)到清潔度要求。然而燃燒室周圍的冷卻水道孔尺寸細(xì)小且深度較深,寬度只有3 mm,深度為10 mm,清洗機(jī)對水道孔的清洗能力十分有限,筆者設(shè)計(jì)的定點(diǎn)清洗刀具噴頭就是針對這一水道孔進(jìn)行清洗。

筆者設(shè)計(jì)的定點(diǎn)清洗刀具噴頭共有十個出水孔,一次可以清洗一個燃燒室面上所有的水道孔。為了保證在一次加工走刀過程中噴水孔能夠以最高效率同時清洗冷卻水道孔,噴水孔之間必須呈一定的角度?？紤]到水道孔的分布情況,經(jīng)過計(jì)算和試驗(yàn),十個噴水孔中心間的角度設(shè)計(jì)為0°、22°、55°、125°、158°、180°、202°、235°、305°、338°,每孔中心距離噴頭圓平面中心均為51 mm。

考慮高壓冷卻液通過刀具噴頭時噴頭內(nèi)部所承受的壓力，以及對噴水孔進(jìn)行加工時的工藝,將與刀柄中水流通道相連通的噴水孔道設(shè)計(jì)成與水平面成50°連接,與噴頭主面相連通的噴水孔垂直于噴頭主面,方便加工。設(shè)有十個工藝孔,刀具噴頭在進(jìn)行清洗工作時需將工藝孔用堵頭堵住。刀具噴頭裝配如圖1所示[7-9]。

▲圖1 刀具噴頭裝配

5 走刀路徑

根據(jù)刀具噴頭的設(shè)計(jì),走刀路徑相應(yīng)確定為沿缸蓋長度方向的直線，如圖2所示。噴水孔經(jīng)過的區(qū)域能夠很好地覆蓋冷卻水道孔所在位置,既縮短了空行程,又可以實(shí)現(xiàn)有效清洗[10]。

▲圖2 缸蓋及走刀路徑

6 結(jié)束語

針對缸蓋水道孔位置較為集中分布、尺寸細(xì)小且深,不易清洗的難點(diǎn),筆者設(shè)計(jì)了數(shù)控機(jī)床定點(diǎn)清洗刀具噴頭,通過在噴頭主面上設(shè)置十個相互形成一定角度的噴水孔，來實(shí)現(xiàn)對各水道孔的定點(diǎn)清洗,增強(qiáng)了清洗效果。在發(fā)動機(jī)加工工廠的實(shí)際應(yīng)用過程中,這一新型刀具噴頭使用后缸蓋水道孔的清洗效果良好。改進(jìn)加工走刀路徑為直線,節(jié)省了加工走刀時間,提高了生產(chǎn)效率,減少了能耗。