發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金汽缸蓋加工去毛刺方法探討

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545000）

汽缸蓋（以下簡(jiǎn)稱缸蓋）是發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件之一，現(xiàn)代汽油發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的材料普遍使用鑄造鋁合金，其具有重量輕，強(qiáng)度高，成型性好，易加工，價(jià)格適中，回收率高等特點(diǎn)。各公司會(huì)根據(jù)產(chǎn)品性能的需求，選用不同牌號(hào)的鋁合金材料進(jìn)行鑄造，不同材料的加工性能各異。

某工廠一直都生產(chǎn)材料牌號(hào)為AC4B（鋁硅合金，日本JIS標(biāo)準(zhǔn)，近似于GB YL112）的缸蓋。近期通過(guò)生產(chǎn)線的改造增加了新型號(hào)的缸蓋，使用的牌號(hào)為A356的鋁合金材料（鋁硅鎂合金，美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)，近似于GB ZL101A）。新產(chǎn)品加工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)較嚴(yán)重的毛刺問(wèn)題。這些毛刺會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中進(jìn)入主油道。缸蓋主油道中的毛刺會(huì)導(dǎo)致凸輪軸抱死，OCV閥失效，液壓挺柱失效。如果毛刺在裝配過(guò)程中掉落缸蓋墊上，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的漏氣，油/水泄漏，油水混合等，從而造成發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力降低，排放超標(biāo)，甚至失效等嚴(yán)重問(wèn)題。為此，本文針對(duì)該新型號(hào)缸蓋加工產(chǎn)生的毛刺問(wèn)題，提出了一些解決措施，分析了其實(shí)施效果。

1 毛刺問(wèn)題現(xiàn)狀

鋁合金缸蓋加工過(guò)程中毛刺問(wèn)題是缸蓋制造過(guò)程中長(zhǎng)期困擾缸蓋技術(shù)團(tuán)隊(duì)疑難問(wèn)題。通過(guò)多年的生產(chǎn)和改進(jìn)，舊型號(hào)缸蓋的毛刺問(wèn)題已經(jīng)得到有效抑制和解決。為了適應(yīng)汽車市場(chǎng)的發(fā)展要求，公司推出了新型號(hào)的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，因匹配增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工況要求，增壓缸蓋采用了牌號(hào)為A356的鋁合金材料，在加工增壓缸蓋過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了大量的毛刺。缸蓋技術(shù)團(tuán)隊(duì)必須在新產(chǎn)品量產(chǎn)前將毛刺問(wèn)題解決。

缸蓋為箱體類零件，加工工藝主要分為銑面、鉆孔、鉸孔、鏜孔、攻絲和氣門導(dǎo)管和閥座加工等。通過(guò)收集統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，加工過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺主要是在鉆孔（見(jiàn)圖1）和面加工（見(jiàn)圖2）過(guò)程中產(chǎn)生。

圖1孔加工毛刺

圖2面加工毛刺

通過(guò)查找相關(guān)資料，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)A356鋁合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率均優(yōu)于AC4B鋁合金，在相同加工條件下表現(xiàn)為切削力增大，不易斷屑，粘刀等特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致鉆孔或銑面的過(guò)程中邊緣的材料容易受壓力變形形成毛刺，在刀具的壽命的中后期，刃口磨損到一定程度后，毛刺的問(wèn)題尤為嚴(yán)重。

2 毛刺問(wèn)題的解決方法

2.1 機(jī)械的方式去除法

增加毛刷（見(jiàn)圖3）對(duì)孔進(jìn)行去毛刺。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)通孔加工的毛刺，使用毛刷進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)試驗(yàn)，通孔毛刺的問(wèn)題得到有效解決，但單件加工節(jié)拍卻比原來(lái)增加了28.3秒，節(jié)拍超出設(shè)計(jì)要求且不能通過(guò)工藝調(diào)整來(lái)消化新增的節(jié)拍。因此，該措施未能實(shí)施。

使用鋼絲刷（見(jiàn)圖4）替代尼龍刷（見(jiàn)圖5）進(jìn)行去除面邊緣毛刺。原加工工藝中已使用尼龍材質(zhì)的毛刺對(duì)各個(gè)面進(jìn)行去毛刺，因面邊緣毛刺是受刀具刃口擠壓翻邊形成，該尼龍毛刷不能有效接觸到低于面的毛刺，即使增大每次走刀的磨損補(bǔ)償，仍有部分毛刺殘留。將尼龍刷換為鋼絲刷后，去毛刺效果明顯增強(qiáng)，但仍有少量粘連較強(qiáng)毛刺殘留，因此將鋼絲刷作為一個(gè)補(bǔ)充的解決措施。

圖3孔毛刷

圖4面尼龍毛刷

圖5面鋼絲毛刷

2.2 優(yōu)化刀具切削參數(shù)

針對(duì)鉆孔毛刺問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過(guò)優(yōu)化切削參數(shù)，驗(yàn)證不同的切削參數(shù)下的毛刺問(wèn)題的改善效果，從表1得知，單純優(yōu)化切削參數(shù)，未能徹底解決毛刺問(wèn)題。

表1不同切削參數(shù)[1][2]下的去毛刺效果

2.3 優(yōu)化刀具設(shè)計(jì)

缸蓋加工刀具主要有銑刀、鉆頭、鉸刀、鏜刀、絲錐，以及氣門導(dǎo)管和閥座專用刀具等，下面主要針對(duì)于加工毛刺相關(guān)的鉆頭和面銑刀的加工工藝以及刀具設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行討論。

2.3.1 鉆頭優(yōu)化

現(xiàn)使用的鉆頭為通用鉆頭，鉆尖角度為118°/120°。我們計(jì)劃通過(guò)優(yōu)化鉆尖的角度，從而達(dá)到消除毛刺的效果。如表2所示，鉆頭1將鉆尖角度從120°改為141°，改善刀具在鉆穿時(shí)的切削狀況，由擠壓改為切削，改進(jìn)后驗(yàn)證無(wú)毛刺，驗(yàn)證成功；鉆頭2將鉆尖由普通的A型鉆尖改為E型鉆尖，目的同樣是為了改善鉆穿時(shí)的切削狀況，改進(jìn)后驗(yàn)證無(wú)毛刺，驗(yàn)證成功。

表2鉆頭改進(jìn)及驗(yàn)證效果

2.3.2 面銑刀優(yōu)化

在銑削加工過(guò)程中，影響毛刺形成原因的主要因素包括工件材料的機(jī)械性能，工件尾部的幾何形狀，切削參數(shù)的選用和刀具的幾何角度[3]。團(tuán)隊(duì)計(jì)劃從刀片入手進(jìn)行驗(yàn)證。如表3所示，銑刀1用于加工缸蓋的進(jìn)排氣面，原硬質(zhì)合金刀片刀尖的圓角為R0.4，改為R0.4進(jìn)行驗(yàn)證，目的是提升刀片的鋒利程度，改進(jìn)后驗(yàn)證無(wú)毛刺，驗(yàn)證成功。銑刀2用于加工缸蓋的燃燒室面，原刀片刀尖為45°的倒角，改進(jìn)的思路是在原45°倒角的基礎(chǔ)上增加1個(gè)15°的倒角，相當(dāng)于把切削刃分成兩段，一段用于加工，另一段用于去毛刺，經(jīng)驗(yàn)證效果良好，無(wú)毛刺殘留，驗(yàn)證成功。

表3銑刀改進(jìn)及驗(yàn)證效果

3 結(jié)束語(yǔ)

某工廠缸蓋加工技術(shù)團(tuán)隊(duì)面對(duì)新型號(hào)的鋁合金缸蓋加工產(chǎn)生的毛刺問(wèn)題，針對(duì)毛刺產(chǎn)生的機(jī)理，通過(guò)刀具的優(yōu)化和改進(jìn)，輔以鋼絲刷的使用，優(yōu)化切具切削參數(shù)，優(yōu)化刀設(shè)計(jì)，毛刺問(wèn)題已經(jīng)得到有效抑制。目前，上述措施已經(jīng)全面實(shí)施，保證了新型號(hào)缸蓋的順利量產(chǎn)。文中所述的問(wèn)題的分析方法以及刀具的改進(jìn)思路，可為行業(yè)中鋁合金加工中的毛刺問(wèn)題提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)參考。

[1]張益芳.金屬切削手冊(cè)[M]．上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社社，2011.

[2]艾興，肖詩(shī)綱．切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004．

[3]萬(wàn) 鑫．金屬加工過(guò)程中毛刺處理的相關(guān)問(wèn)題[J]．中國(guó)科技博覽，2010，（22）：17-18.