發(fā)動(dòng)機(jī)缸體曲軸孔加工工藝研究

高志永， 張斌， 羅和平， 房長興， 李帥

（1.沈陽機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，沈陽110142；2.沈陽機(jī)床股份有限公司，沈陽110142）

1 引 言

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體屬于典型的多面多孔的箱體類零件，主要加工特征是平面和孔系，加工工藝復(fù)雜。曲軸孔作為發(fā)動(dòng)機(jī)骨架缸體上的重要孔系，它的加工質(zhì)量好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配精度和整機(jī)性能，需要依靠設(shè)備精度、工裝夾具的可靠性和加工工藝的合理性等來保證。常見的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速達(dá)6000r/min 以上。曲軸的高速運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)曲軸孔的加工提出了較高的工藝要求，曲軸孔的表面粗糙度低，尺寸精度高，形狀精度和位置精度高，需要對(duì)其加工工藝進(jìn)行持續(xù)研究和改進(jìn)，使加工質(zhì)量和效率都得到有效提升。

2 曲軸孔加工工藝

本文主要研究F 型和B 型兩種型號(hào)缸體曲軸孔的加工，缸體材料均為HT250。F 型、B 型兩種缸體曲軸孔加工要求如表1 所示。

表1 F 型、B 型兩種缸體曲軸孔加工主要技術(shù)要求

曲軸孔是由缸體曲軸孔半圓面和瓦蓋半圓面組合而成。需要先分別粗加工缸體曲軸孔半圓面和瓦蓋，然后合瓦蓋，用螺栓擰緊之后進(jìn)行整體半精鏜、精鏜加工曲軸孔［1］，如圖1 和圖2 所示。這樣，半精加工和精加工在合瓦蓋之后進(jìn)行，可以很好地保證曲軸孔的加工精度。

圖1 缸體曲軸孔半圓面粗加工

圖2 曲軸孔合蓋整體半精、精加工

目前缸體都是批量生產(chǎn)，缸體加工主要在自動(dòng)化生產(chǎn)線上進(jìn)行；F、B 兩種型號(hào)缸體主要采用柔性生產(chǎn)線加工。由于缸體的鑄造余量較大，在上線之前需要先對(duì)曲軸孔半圓面進(jìn)行粗加工。可以采用粗銑或者粗鏜加工，去掉鑄造硬皮和多余金屬，留加工余量2～3mm，然后在生產(chǎn)線上進(jìn)行粗鏜曲軸孔半圓面，留加工余量0.7mm；在進(jìn)行合瓦蓋工序之后進(jìn)行半精鏜加工，留加工余量0.3mm；最后進(jìn)行精鏜曲軸孔，直到滿足加工要求。

3 曲軸孔精加工

傳統(tǒng)加工曲軸孔的方法是在專用加工機(jī)床上采用組合鏜刀，每個(gè)刀片對(duì)應(yīng)相應(yīng)的加工位置，對(duì)曲軸孔進(jìn)行精加工，加工時(shí)需要對(duì)鏜刀采用輔助支撐，這種加工方法一般不能應(yīng)用于加工中心上。缸體柔性生產(chǎn)線主要采用加工中心［2］，在實(shí)際加工過程中，由于曲軸孔屬于大深徑比孔，孔長在400mm 以上，采用刀具從缸體一端鏜進(jìn)的方法加工時(shí)，由于鏜桿呈懸臂狀態(tài)，且懸伸量往往較長，剛性差，容易引起振動(dòng)，難以保證被鏜孔的尺寸精度和形位精度。調(diào)頭鏜孔工藝能很好地解決上述問題。所謂調(diào)頭鏜孔，就是在臥式加工中心上，刀具分別從零件兩端面先后鏜進(jìn)的長孔加工方法，采取工件一次裝夾、工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°的調(diào)頭鏜削工藝，該方法的實(shí)質(zhì)是減少進(jìn)刀的長度。調(diào)頭鏜孔避免了輔助支承和對(duì)鏜軸回轉(zhuǎn)速度的限制，可以提高切削速度；鏜桿懸伸短，剛性好，可提高鏜孔精度，而且方便工人操作。

由于加工時(shí)兩次鏜孔的軸線不可能絕對(duì)重合，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°的分度誤差、工作臺(tái)移動(dòng)誤差及進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)的直線度誤差等，均可直接導(dǎo)致孔軸線的同軸度誤差，因此，控制調(diào)頭鏜孔的同軸度誤差是控制加工精度的關(guān)鍵。為了保證加工精度，需要提高加工設(shè)備的精度，要求工作臺(tái)、主軸的定位精度和重復(fù)定位精度很高。另外，我們可以在工藝上采取措施來消除或減少這些影響同軸度的不利因素，以提高調(diào)頭鏜孔的同軸度精度。采用高精度、高效率的加工中心與調(diào)頭鏜孔工藝結(jié)合起來，加工各種長孔和同軸孔系，能更好地發(fā)揮調(diào)頭鏜孔工藝方法的優(yōu)勢。

對(duì)于加工精度要求更高的曲軸孔，還需要采用珩磨加工工藝，即刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)入曲軸孔內(nèi)，反復(fù)進(jìn)行珩磨加工。珩磨加工工藝［3］為：粗珩用于去除余量，消除精鏜痕跡，提高孔的形狀精度，降低孔的表面粗糙度；精珩用于進(jìn)一步提高孔的尺寸精度、形狀精度，降低表面粗糙度，在缸孔表面形成均勻的交叉網(wǎng)紋；平頂珩磨用于去除網(wǎng)紋溝痕尖峰，形成平頂表面，建立孔表面的平頂網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)，提高孔表面的支撐率。曲軸孔珩磨為臥式加工，考慮F 和B 型缸體曲軸孔的精度要求，不需要對(duì)曲軸孔進(jìn)行珩磨，無需選用珩磨設(shè)備。

4 加工刀具

傳統(tǒng)加工工藝中，曲軸孔加工刀具是一種帶有多個(gè)刀片的組合鏜刀［4］，加工時(shí)需要對(duì)鏜刀采用輔助支撐，這種刀具屬于專用刀具，成本較高。依照傳統(tǒng)工藝組成的生產(chǎn)線柔性化很低，已經(jīng)不適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的需要。

針對(duì)曲軸孔的調(diào)頭鏜孔加工工藝，需要選用合適的刀具，優(yōu)質(zhì)刀具不僅可以提高零件加工質(zhì)量，還能提高加工效率，降低生產(chǎn)成本。F 和B 兩種型號(hào)缸體的材料為鑄鐵，鑄鐵件加工一般選用硬質(zhì)合金刀具，也可以選擇CBN材質(zhì)刀具。粗鏜刀一般選用兩個(gè)刃或者四個(gè)刃，精鏜刀一般選用單刃；直徑較大的孔加工，為了提高加工效率，精鏜加工可以選擇優(yōu)質(zhì)的兩刃鏜刀。采用調(diào)頭鏜工藝加工曲軸孔，可以選擇通用的粗鏜刀和精鏜刀，所選用鏜刀懸伸盡量小，加工時(shí)抗振性要好。

5 加工設(shè)備

曲軸孔加工可以采用曲軸孔專用機(jī)床或者數(shù)控加工中心，考慮企業(yè)生產(chǎn)線柔性化的需求，加工設(shè)備多選用臥式加工中心，如沈陽機(jī)床的高精度高速臥式銑鏜加工中心HMC63h。HMC63h 采用630mm×630mm 回轉(zhuǎn)雙交換工作臺(tái)、德國進(jìn)口高速電主軸、高速進(jìn)給系統(tǒng)和快速換刀系統(tǒng)，大大提高了加工效率，減少了輔助時(shí)間。主軸轉(zhuǎn)速范圍10～12000r/min，X、Y、Z 軸定位和重復(fù)定位精度分別為6μm、4μm，回轉(zhuǎn)精度±6″，回轉(zhuǎn)重復(fù)定位精度±4″。該產(chǎn)品工作臺(tái)可以旋轉(zhuǎn)，可在一次裝夾中完成零件多個(gè)工作面的銑、鏜、鉆等工序，尤其適合汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等箱體類高速高效加工。該臥式加工中心可以很好地實(shí)現(xiàn)曲軸孔的調(diào)頭鏜削加工，不僅能夠保證曲軸孔的加工精度，還能提高加工效率。

6 切削參數(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體切削參數(shù)的選擇包括切削速度、進(jìn)給量和切削深度等的選擇。由于加工中所使用的設(shè)備都是具有較高精度的加工中心，為保證切削加工的效率，可以適當(dāng)選擇較大的切削用量。根據(jù)粗、精加工工藝的不同來選擇鏜削用量，合理的切削參數(shù)不但能夠保證被加工件的精度，同時(shí)能夠提高機(jī)床效率，延長刀具的壽命。表2 是B 型號(hào)缸體曲軸孔加工現(xiàn)行的切削參數(shù)。

表2 加工B 型號(hào)缸體曲軸孔的相應(yīng)切削參數(shù)

現(xiàn)行切削參數(shù)主要是依據(jù)加工經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場加工狀況以及生產(chǎn)安排而定的，粗加工時(shí)選用較大的切削深度和相對(duì)較低的切削速度；精加工時(shí)選用較小的切削深度，切削速度要大一些，進(jìn)給量要適當(dāng)小一些。切削參數(shù)除了與刀具、被切削材質(zhì)、切削液等有關(guān)系外，與機(jī)床本身的性能也有很大的關(guān)系。為了提高生產(chǎn)效率，在保證工件加工精度的前提下，需要對(duì)各切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

7 結(jié) 語

曲軸孔是缸體中的關(guān)鍵加工部位，需要保證曲軸孔的各項(xiàng)加工精度。上述工藝內(nèi)容主要依據(jù)是企業(yè)現(xiàn)場加工經(jīng)驗(yàn)以及目前的先進(jìn)加工技術(shù)，具有指導(dǎo)加工的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。對(duì)缸體柔性生產(chǎn)線上各關(guān)鍵部位的加工，需要綜合考慮加工工藝、刀具技術(shù)和加工設(shè)備，采用先進(jìn)高效的工藝方法，以提高加工精度和加工效率。

［1］ 陳澤揚(yáng).4 缸柴油機(jī)機(jī)體加工柔性生產(chǎn)線的方案設(shè)計(jì)［J］.柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造，2005，14（3）：125-127.

［2］ 許建中.淺析發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋柔性加工線方案設(shè)計(jì)［C］//十二省區(qū)市機(jī)械工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2007.

［3］ 陶前昭，李勝柱，蔚興建.缸孔平臺(tái)網(wǎng)紋珩磨工藝［J］.現(xiàn)代制造工程，2002（3）：37-38.

［4］ 丁向科. 專用機(jī)床加工缸體主軸承孔和缸孔的方法及刀具［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1991（6）：5-8.