發(fā)動(dòng)機(jī)缸體挺桿孔加工工藝分析

董淑婧，呂海霆

（大連科技學(xué)院機(jī)械工程系，遼守大連 116052）

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體挺桿孔加工工藝分析

董淑婧，呂海霆

（大連科技學(xué)院機(jī)械工程系，遼守大連 116052）

文章通過分析發(fā)動(dòng)機(jī)缸體挺桿孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)，介紹了現(xiàn)在汽車企業(yè)所使用的多種加工工藝方法。論述了傳統(tǒng)加工工藝方法存在的加工精度低、排屑和散熱差、夾具復(fù)雜等方面的不足。結(jié)合目前汽車企業(yè)大批量生產(chǎn)的實(shí)際惰況，提出了高效率、高精度的槍鉆—槍鉸加工方法及加工條件，并給出了具有實(shí)用價(jià)值的工藝參數(shù)。同時(shí)對其他缸體孔加工有一定的參考價(jià)值。

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體；挺桿孔；加工工藝

0 引言

機(jī)械加工屬于傳統(tǒng)的加工技術(shù)，盡管目前機(jī)械加工技術(shù)總的趨勢是朝著精密、高效、柔性化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，但傳統(tǒng)的機(jī)械加工在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中仍起著主導(dǎo)作用。發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件中的平面和孔系的加工所采用的工藝方法與傳統(tǒng)工藝仍有著密不可分的聯(lián)系。因此，本文基于傳統(tǒng)工藝和發(fā)動(dòng)機(jī)缸體挺桿孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求，分析了國內(nèi)外生產(chǎn)中各種加工工藝方案的優(yōu)劣，設(shè)計(jì)了具有效率高、精度可靠并適合于大批量生產(chǎn)的加工工藝方案［1-5］。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體材料及關(guān)鍵加工部位

缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)零件，是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的薄壁箱體類零件，要承受各種內(nèi)外負(fù)荷。因而要求缸體有足夠的強(qiáng)度、剛度和加工精度，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的工作平穩(wěn)性和可靠性［6］。

缸體材料主要有灰口鑄鐵、合金鑄鐵、鋁合金、鎂合金等。鑄鐵材料雖受到鋁合金甚至鎂合金的挑戰(zhàn)，但對缸體而言仍然占主導(dǎo)地位。目前國內(nèi)大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)廠用的缸體材料是灰鑄鐵，其機(jī)械物理性能見表1［7-10］。

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體需加工的關(guān)鍵部分有：大平面、主軸承孔和凸輪軸承孔、缸孔以及精度要求較高的挺桿孔、底面、前后面定位銷孔等，所以缸體的技術(shù)要求相當(dāng)嚴(yán)格。

表1 缸體常用灰鑄鐵性能

2 缸體挺桿孔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的挺桿孔是發(fā)動(dòng)機(jī)缸體（以下簡稱缸體）加工精度要求較高的孔之一，缸體每個(gè)缸孔兩側(cè)配有兩個(gè)挺桿孔見圖1。該孔遠(yuǎn)離工件端面，且對凸輪軸孔有一定的垂直度要求。國內(nèi)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的挺桿孔布置形式大致分為兩種，一種是與凸輪軸孔垂直見圖2a，另一種是與凸輪軸孔相交見圖2b。加工這些挺桿孔除本身孔的尺寸精度（IT6～I(xiàn)T7）和粗糙度（Ra1.6～Ra0.4）要求外，其位置度要求也很高。表2為缸體挺桿孔的技術(shù)要求一覽表。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體挺桿孔位置圖

圖2 挺桿孔布置形式

表2 缸體挺桿孔技術(shù)要求

3 挺桿孔的加工工藝分析

挺桿孔除孔本身的尺寸精度（H7）和粗糙度（Ra0.8）要求外還有位置精度要求，即對凸輪軸孔的相交的角度誤差和垂直度。這些形位公差是比較難達(dá)到的。因?yàn)楹芏喔左w的挺桿孔都在缸體的中間部位，加工過程中需要刀桿懸伸較長，這將導(dǎo)致工藝系統(tǒng)的剛性差，給加工也帶來一定的困難。

3.1 挺桿孔傳統(tǒng)加工工藝方法分析

傳統(tǒng)的挺桿孔加工方法是對于較大的孔（＞φ18）用鉆—鏜的加工工藝，較小的孔（＜φ16）用鉆—擴(kuò)—鉸的加工工藝。為了保證相對于凸輪軸孔的位置度要求，對于圖2b型，過去的挺桿孔加工機(jī)床的擴(kuò)孔和鉸孔工序都在凸輪軸孔內(nèi)設(shè)置刀具前導(dǎo)向，即在凸輪軸孔內(nèi)送入一長軸，在此長軸上裝一系列導(dǎo)向套以作刀具前導(dǎo)向。但是由于此桿細(xì)長、剛性差，而且受熱變形等因素影響，實(shí)際精度并不好。對于圖2a型，無論是直徑小于φ16的鉆—擴(kuò)—鉸，還是直徑大于φ18的鏜—鉸工藝，都需要加雙導(dǎo)向。其中一種形式是在缸體的頂面和底面加導(dǎo)向如圖3，另一種形式是一個(gè)導(dǎo)向在缸體的頂面，另一個(gè)導(dǎo)向需要送到缸體里面如圖4。由于缸體上挺桿孔數(shù)量較多導(dǎo)致夾具復(fù)雜，排屑和散熱條件差。據(jù)多家發(fā)動(dòng)機(jī)廠反映，用傳統(tǒng)加工工藝的方法加工挺桿孔基本上很少能達(dá)到圖紙要求的。同時(shí)采用傳統(tǒng)加工工藝方法加工的機(jī)床占地面積很大，現(xiàn)在基本不再采用。

圖3 鏜挺桿孔時(shí)前后導(dǎo)向布置圖

圖4 鏜挺桿孔時(shí)前導(dǎo)向布置圖

3.2 挺桿孔現(xiàn)代加工工藝方法分析

多年來國內(nèi)很多廠家一直采用傳統(tǒng)加工工藝方法加工挺桿孔，即用鉆—擴(kuò)—鉸—精鉸+無刃鉸。精鉸與無刃鉸復(fù)合主要為保證孔的粗糙度Ra0.8。精鉸刀與無刃鉸刀之間的直徑差為0.015～0.02mm，加工時(shí)精鉸刀與無刃鉸刀不能同時(shí)加工工件，切削用量與一般鉸孔刀相同。且只有當(dāng)精鉸刀退出工件后，無刃鉸刀方能進(jìn)入工件進(jìn)行加工。因此刀具導(dǎo)向均采用從底面送入。除鉆孔工藝外，接桿與主軸均需加浮動(dòng)卡頭，用煤油進(jìn)行冷卻。這種方法加工的工件導(dǎo)致挺桿孔對凸輪軸孔的垂直度很難達(dá)到圖紙要求。

針對此很多發(fā)動(dòng)機(jī)廠采用了另一種加工方法，就是槍鉆—槍鉸工藝如圖2b。此挺桿孔加工工藝第一道工序?yàn)殂@底孔，12根鉆頭同時(shí)進(jìn)行。第二道工序是槍鉸至IT7，只加工6個(gè)孔。因?yàn)榭拙嗵?，所以錯(cuò)開分兩臺機(jī)床進(jìn)行。第三道工序?yàn)闃屻q另外6個(gè)孔。效果非常理想。同時(shí)可以取消原來備用的精鉸機(jī)床。

為了適應(yīng)日益增加的大批量生產(chǎn)的發(fā)展趨勢，挺桿孔加工采用槍鉆—槍鉸工藝是首選。這樣機(jī)床數(shù)增加一臺（即要2臺槍鉆機(jī)床錯(cuò)開加工），同時(shí)槍鉆需要高壓冷卻系統(tǒng)，但對于發(fā)動(dòng)機(jī)廠來說，生產(chǎn)批量大，為了保證生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量必須采用高效率的加工設(shè)備、刀具和工藝方案。因此槍鉆—槍鉸工藝方案是高效率和高精度的首選。

3.3 槍鉆-槍鉸工藝切削用量的選擇

3.3.1 槍鉆的適用場合及切削用量的選擇

槍鉆是一種深孔加工工具，其加工范圍很廣，從玻璃纖維、特氟龍（Teflon）等塑料到高強(qiáng)度合金（如P20和鉻鎳鐵合金）的深孔加工。因?yàn)闃屻@切削效率高、鉆孔偏移量極小、加工表面質(zhì)量較高、切屑排除流暢，因此槍鉆工藝非常符合目前汽車行業(yè)的發(fā)展需求。

槍鉆在以下場合使用較為合適：

（1）孔的直線性、粗糙度、位置精度要求高。在鑄鐵、鋁合金、銅合金上能十分可靠地加工出粗糙度Ra0.8～Ra1.6的2級精度孔，在鋼件上也能加工出粗糙度Ra3.2的3級精度孔。

（2）小直徑深孔，孔深能達(dá)到其孔徑的330倍，中途不需退出刀具也可以清除切屑。

（3）在一些采用有橫刃的麻花鉆進(jìn)行加工的難加工的新材料及高硬度的材料上鉆孔。

槍鉆的加工特點(diǎn)是高切削速度和小進(jìn)給量，槍鉆的切削速度要比麻花鉆高很多，但另一方面由于槍鉆桿承受的扭矩應(yīng)力較小，所以進(jìn)給量又低于麻花鉆，表3為雙刃槍鉆的切削用量推薦表。

表3 槍鉆切削用量推薦表

3.3.2 槍鉸刀切削用量的選擇

槍鉸工藝是槍鉆之后為了進(jìn)一步提高孔的質(zhì)量而進(jìn)行的另一工序，其位置精度、尺寸精度和表面粗糙度比槍鉆工藝高。目前國外很多發(fā)動(dòng)機(jī)廠多采用單刃槍鉸刀加工挺桿孔見圖5。槍鉸刀有焊接式和機(jī)夾式兩種，其切削用量見表4、表5。

表4 單刃槍鉸刀的加工余量

表5 單刃槍鉸刀的切削用量

3.3.3 槍鉆—槍鉸的加工條件

槍鉆-槍絞所使用機(jī)床形式臥式、立式均可，對機(jī)床的剛性要求較高。無論是槍鉆還是槍鉸都采用單切削刃的加工孔刀具，單刃刀具無法自己對正中心加工，因此在孔口加一導(dǎo)向見圖5。從圖中可以看出，此導(dǎo)向較傳統(tǒng)工藝所用導(dǎo)向簡單很多，使夾具的復(fù)雜程度降低了許多。另外還必須特別注意，要與用來冷卻和排屑的高壓切削液的配合使用。

圖5 槍鉆挺桿孔時(shí)前導(dǎo)向布置圖

4 結(jié)束語

由于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體挺桿孔位置與技術(shù)要求的特殊性，其加工方案也有多種形式。上面所介紹的加工工藝方法與工藝方案在實(shí)際生產(chǎn)中取得了較好的效果，同時(shí)對其它缸體孔加工有一定的參考價(jià)值。

［1］聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［2］大連機(jī)床研究所，組合機(jī)床設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1975.

［3］大連機(jī)床研究所.組合機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1975.

［4］王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

［5］殷洋武.HR發(fā)動(dòng)機(jī)缸體生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2009（2）：88-95.

［6］房長興.發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工工藝研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013（3）：262-264

［7］金延安，洪方明.發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工基準(zhǔn)的選擇［J］.發(fā)動(dòng)機(jī)制造，2010（8）：78-79.

［8］馮能蓮.多缸柴油機(jī)機(jī)體氣門挺桿孔加工組合機(jī)床夾具［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1996（10）：43-45.

［9］向文俊.發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工粗基準(zhǔn)選擇與定位方式的研究［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013（7）：97-100.

［10］金延安，洪方明.發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工基準(zhǔn)的選擇［J］.現(xiàn)代零部件，2010（8）：78-79.

（編輯 趙蓉）

Process Analysis for Machining Tappet Hole of Engine Cylinder

DONG Shu-jing，LV Hai-ting
（Department of Mechanical Engineering，Dalian Institute of Science and Technology，Dalian Liaoning116052，China）

This article analysis the constructive features and technical indicators of engine cylinder tappet hole，introduce the variety of the processing technology in motor enterprises by now.And discuss the weakness of traditional process，which has low precision，poor chip removal and cooling and fixture complex. Base on the actual situation of mass production in motor enterprises，issue out gun drill&reaming application with high efficiency and precision，present valuable working process parameters.Also it can be a certain reference value for other cylinder hole making.

engine cylinder；tappet hole；processing technology

TH165；TG65

A

1001-2265（2015）04-0149-03 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.04.040

2014-11-25；

2014-12-16

董淑婧（1981—），女，山西應(yīng)縣人，大連科技學(xué)院副教授，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械零部件加工工藝，（E-mail）dongshujing817@126.com。