發(fā)動機正時鏈條蓋快速樣件加工方案

林愛綿 紀(jì)亞洋 顧仁軍

(廣東鴻圖南通壓鑄有限公司，江蘇 南通226300)

1 課題來源

今年，筆者公司承接開發(fā)某汽車公司的一款乘用車發(fā)動機零配件——正時鏈條蓋(如圖1)，此鏈條蓋用于2.0 和2.0T 兩款高性能發(fā)動機的裝配。為了節(jié)約產(chǎn)品開發(fā)初期的開發(fā)費用，客戶要求制作首版樣件。首版樣件主要用于發(fā)動機在開發(fā)前期性能測試、缺陷發(fā)現(xiàn)及驗證工件特殊特性，能為客戶端在產(chǎn)品開發(fā)初期節(jié)約開模、鑄造的費用，成倍降低開發(fā)成本，便于在新產(chǎn)品量產(chǎn)初期制定并確立最終工程標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求，也減少產(chǎn)品投產(chǎn)后的設(shè)計風(fēng)險及成本。

2 樣件材料

對于首版樣件的加工，主要考慮兩個方面，一是工件的加工精度，二是如何防止工件加工后變形。起初，筆者公司工藝組在加工設(shè)計階段使用的材料是鋁型材6061 -T6，第1 次粗加工完成后發(fā)現(xiàn)工件平面度超出技術(shù)要求，達(dá)到0.8 mm。于是工藝組對加工工藝重新評審，更改為粗精加工:將工件粗加工完成后，預(yù)留余量進行精加工，結(jié)果，精加工完成后的平面度不僅沒有改善，反而超過了0.8 mm，達(dá)到了2.0 mm，工件平面度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了圖紙的技術(shù)要求，無法滿足送樣。因此，工藝組針對工件加工后變形的原因進行分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品變形的“罪魁禍?zhǔn)住笔遣牧系膬?nèi)應(yīng)力導(dǎo)致。那么，內(nèi)應(yīng)力是如何影響產(chǎn)品的平面度呢?原來，材料在加工之前沒有有效去除應(yīng)力，加上工件在加工過程中，刀具與型材摩擦，摩擦產(chǎn)生的熱量使材料分子異?；钴S，分子在材料內(nèi)部的劇烈運動使材料內(nèi)應(yīng)力聚增，在產(chǎn)品加工完成并松開夾緊機構(gòu)后材料的內(nèi)應(yīng)力發(fā)生爆炸性釋放，最終導(dǎo)致產(chǎn)品變形。那么，如何解決因內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致的變形問題呢?一般去除內(nèi)應(yīng)力的方法有兩種，一種是通過淬火鍛造，另一種是靜置自然時效。很明顯，樣件不能進行淬火，而自然時效需要很長時間，無法按期完成訂單交付。

工藝組通過研究調(diào)查，發(fā)現(xiàn)6061 -T6 型號的鋁型材內(nèi)應(yīng)力較大，加工完后易變形。另外，由于6061 型材的主要合金元素是鎂與硅，與鋁元素固溶并形成Mg2Si 相。如果在6061 鋁型材中加入一定量的錳與鉻，可以有效抑制材料中鐵元素在材料內(nèi)部的活動，降低分子的活躍性，而T651 正是在T6 的基礎(chǔ)上進行熱處理預(yù)拉伸消除了材料的內(nèi)應(yīng)力，T651 中錳與鉻的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了T6 的含量，雖然其強度比7 系鋁型材稍差，但其性能具有極佳的加工性能，6061 -T651 型材的可塑性、韌性可使該型材在加工后的變形極小。因此，工藝組決定用T651 替換原來的T6 型材，用6061-T651 鋁型材進行加工，果然不負(fù)眾望，樣件加工完成后，經(jīng)過專業(yè)儀器測量，工件的平面度穩(wěn)定在0.15 mm以內(nèi)，而客戶圖紙要求的技術(shù)參數(shù)為平面度≤0.4 mm，達(dá)到了送樣要求。

3 工藝安排

此次首版樣件的最大外形尺寸為511 mm×310 mm×81.75 mm，鋁型材的規(guī)格為650 mm ×320 mm ×85 mm。鏈條蓋同其他汽車零件相比，因其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較薄，加工時易變形，加工精度要求及裝配表面質(zhì)量要求高。此樣件是發(fā)動機總成不可或缺的部件之一，有著嚴(yán)格的裝配尺寸要求和較高的形位公差精度。因此，對于此次首版樣件的開發(fā)，也是一次較大的挑戰(zhàn)。

通過對樣件的結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求分析后，確定將工件分為3 道工序進行加工。

工序一:此鏈條蓋的關(guān)鍵部位在于孔的位置度，以及與缸蓋罩配合面F的粗糙度。所以我們將所有周邊過孔安排在同一工序進行加工，以保證位置度，而內(nèi)腔部位只要裝配不干涉即可。故，這道工序采用立式加工中心(HASS VF3SS)，主要加工內(nèi)容為鏈條蓋內(nèi)側(cè)與缸蓋罩的配合面F及周邊所有螺栓過孔。工件通過專用夾具固定在機床工作臺上，設(shè)定好工件坐標(biāo)系，確定基準(zhǔn)孔(如圖2)，分為粗加工及精加工進行，而加工螺栓過孔時對其中用作下道工序定位的E、D兩孔(圖3)按定位孔要求(φ10+0.087+0.067mm)進行特別精加工，這樣既保證保證了孔的位置度，又保證了加工精度。

工序二:采用立式加工中心(HASS VF3SS)，典型的一面兩銷(固定銷)定位夾緊方案，以工件F基準(zhǔn)面及D、E兩孔(2 -φ10+0.087+0.067mm)作為定位孔(如圖3)，對產(chǎn)品背面外形、油封孔、張緊輪螺栓過孔、缸蓋罩密封面等部位進行精加工。在整個加工過程中，需要注意的是工件在粗加工完后，需從夾具中取出，清理干凈夾具及工件上粘附的鋁屑。防止鋁屑造成的壓傷，另外需檢查F面平面度，如平面度＞0.4 mm 則報廢停止加工。

工序三:采用立式加工中心帶A軸回轉(zhuǎn)的橋式夾具，夾具結(jié)構(gòu)同工序二一樣，采用典型的一面兩銷(固定銷)定位夾緊方案，以工件F基準(zhǔn)端面及B、C基準(zhǔn)定位銷孔2-φ5.95+0.087+0.067mm 實現(xiàn)定位(如圖2)。A軸回轉(zhuǎn)+90°，加工3-M12 以及4-M6 側(cè)邊螺孔(如圖4)。

加工設(shè)備的選擇:3 道工序的機床全部選用美國產(chǎn)HAAS VF3SS 立式加工中心，機床數(shù)控操作系統(tǒng)為HAAS 專用的操作系統(tǒng)，主軸采用12 000 r/min 的有色金屬切削專用主軸，X/Y/Z運動行程為:1 016 mm/508 mm/735 mm，機床工作臺尺寸為:1 219 mm ×457 mm，X/Y/Z定位精度±0.005 0 mm，重復(fù)定位精度±0.001 5 mm，夾具轉(zhuǎn)臺選用HAAS HRT310 規(guī)格(夾具不一定選用轉(zhuǎn)臺，我們選用轉(zhuǎn)臺的目的是為了量產(chǎn)做準(zhǔn)備)。

工藝關(guān)鍵點及難點:該工件的加工難點主要是加工后產(chǎn)品易變形，工藝的關(guān)鍵是工藝的流程安排、刀具的定制及重要尺寸的保證。油封和銷釘孔使用了復(fù)合成型刀具，且精加工刀具全部采用PCD 鏜刀和鉸刀，這樣的刀具設(shè)計大大提高了工件的表面質(zhì)量及產(chǎn)品精度。

4 加工過程中攻克的技術(shù)難點

此次首版樣件的制作面臨了技術(shù)上的諸多挑戰(zhàn)，典型的技術(shù)難點如表1:

表1 典型的技術(shù)難點

5 結(jié)語

在新產(chǎn)品開發(fā)中，樣件制作是很重要的環(huán)節(jié)，樣件制作的質(zhì)量會直接影響客戶對公司技術(shù)資格的初步評定。此次加工該鏈條蓋，工藝組本著認(rèn)真、執(zhí)著的科學(xué)探索精神對加工工藝不斷研究、優(yōu)化，最終提前完成了樣件加工，達(dá)到了客戶要求，并完成送樣。通過此次樣件制作，筆者團隊也對首版樣件的加工有了更深的理解，同時，也利用刀具、夾具、加工路徑的優(yōu)化，達(dá)到了節(jié)約成本的目的，用最少的成本創(chuàng)造出最大的利益。在未來，我們將積累更多的經(jīng)驗，并與更多人分享。