大功率船用發(fā)動機氣缸蓋加工關(guān)鍵工藝技術(shù)研究

陳廣平

摘 要：文章結(jié)合企業(yè)工作實踐，分析了氣缸蓋機械加工中的部分難點，并詳細(xì)說明如何解決加工中存在的加工的難題。希望通過文章的分析，能夠促進(jìn)相關(guān)工作的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：氣缸蓋單元；氣缸蓋；加工工藝

中圖分類號：S219.031 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0074-02

引言

我公司新近引進(jìn)的MAN B&W新開發(fā)的內(nèi)燃機是世界上最先進(jìn)的柴油機。如L27/38、L28/32等柴油機具有結(jié)構(gòu)緊湊體積小，管系少，安裝調(diào)試方便、功率大等優(yōu)點，單缸輸出功率可以達(dá)到340kW以上。新機型的主關(guān)件結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，加工更困難，尤其柴油機的心臟“氣缸蓋單元”的加工質(zhì)量好壞直接影響到柴油機的整體性能。本文將分析“氣缸蓋單元”中的關(guān)鍵件氣缸蓋關(guān)鍵加工技術(shù)。

1 氣缸蓋氣閥導(dǎo)管加工關(guān)鍵工藝

1.1 氣閥導(dǎo)管等孔加工難點一：氣閥導(dǎo)管帶冷鐵

氣缸蓋由于結(jié)構(gòu)緊湊，集成了許多零件的功能，同時也增加氣缸蓋高精度孔的數(shù)量，并且許多孔的形位公差也相當(dāng)高。如氣閥導(dǎo)管孔和閥座孔的同軸度，噴油器導(dǎo)管孔中各檔孔之間的同軸度，另外進(jìn)氣管、排氣管孔、冷卻水腔孔等空間位置均有要求，并且氣閥導(dǎo)管孔不規(guī)則，中心有鑄造冷鐵存在。

如圖1所示某機型氣缸蓋氣閥導(dǎo)管孔直徑只有Φ32mm，四個孔平均長度達(dá)145mm，徑長比達(dá)0.22。采用以銑刀為主的加工方案，在批量生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)同軸度不穩(wěn)定。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)冷鐵對加工精度影響很大，另外銑刀由于螺旋槽的存在剛性大大降低。改進(jìn)工藝方案，增加鏜刀，加強刀具剛性及對預(yù)加工孔的修正；另外考慮到細(xì)長孔的加工狀況立式加工中心要比臥式加工中心好，將大部分工序集中在立加上加工，經(jīng)過實踐證明效果較好。

1.2 氣缸蓋氣閥導(dǎo)管等孔加工難點二：氣閥導(dǎo)管帶“窗口”

圖2是類似某機型氣缸蓋氣閥導(dǎo)管局部圖示意圖，其中φ104H7、φ102H7、φ27H7各孔有同軸度和光潔度要求，φ27H7孔一側(cè)有不規(guī)則鑄造窗口。整個復(fù)合孔與其他基準(zhǔn)位置度要求小于0.05。

工藝方法：設(shè)計新刀具結(jié)合新工藝解決“窗口問題”。

對于圖2所示Φ27H7孔，是一種高精度破斷孔。以前我們采用一般的加工工藝：“φ23鉆頭→φ25擴孔鉆→φ26.8粗鏜刀→Φ27H7精鏜刀”的方法來加工。但是由于Φ27H7孔中一側(cè)有鑄造窗口（即破斷孔），加工過程中軸向及徑向受力不連續(xù)，刀具很容易偏向一邊，形成橢圓。同軸度無法保證；并且，零件材料含碳量為3.3～3.8%，含硅量2.2～2.5%，精鏜刀加工光潔度不很理想，不能達(dá)到圖紙要求。進(jìn)行了若干次工藝改進(jìn)，最后用新的工藝手段結(jié)合設(shè)計新刀具的方法基本完成了加工任務(wù)，具體做法如下：

（1）工藝改進(jìn)：為了解決加工過程中很容易偏向一邊的問題，在加工時盡可能的采用鏜銑削。φ23鉆頭鉆通零件后，再采用兩次粗鏜，加工尺寸至φ26.8，只留下精鉸余量，這樣極大地修正了由于窗口存在所導(dǎo)致的偏斜問題，雖然不能完全滿足同軸度要求，但除了窗口區(qū)域外基本滿足跳動要求。

（2）設(shè)計刀具：為了解決Φ27H7精鏜刀加工表面光潔度比較低問題，決定采用鉸削工藝進(jìn)行加工，但經(jīng)過試加工，普通鉸刀依然存在“偏向一邊”問題。為此，經(jīng)過若干次實驗，設(shè)計了一種如圖3所示的硬質(zhì)合金左螺旋鉸刀，加工結(jié)果令人滿意。

2 搖臂軸槽加工復(fù)雜，精度要求高

某機型氣缸蓋的搖臂軸孔如圖4所示，φ43H8孔與φ38E8跳動度要求0.04mm、與32.2±0.05槽垂直相交、與φ43H8與φ13.5及φ12油孔不過中心相交。由于孔與槽相交、孔與孔相交，并且精度要求高，加工精度很難保證。

工藝方法：采用“先易后難，逐個解決問題”的方法來加工。

（1）在立式加工中心上將φ13.5mm孔和φ12mm孔鉆到位。（2）在立式加工中心上用φ30、φ32立銑刀分9次粗加工32.2±0.05槽至32mm寬。（3）在立式加工中心上用φ32.2成型立式銑刀一刀精加工32.2±0.05槽至規(guī)定尺寸。（4）在臥式加工中心上一鉆兩鏜留0.3余量加工處φ43H8孔與φ38E孔。（5）在臥式加工中心上利用非標(biāo)鉸擴刀（圖5）加工出φ43H8孔與φ38E孔。

經(jīng)過時間證明，利用此工藝方法加工出搖臂軸可行，加工結(jié)果滿足圖紙要求。

3 工件外形不規(guī)則重心偏移，加工過程不易裝夾和定位

氣缸蓋燃燒室側(cè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜（如圖6所示），由于氣缸蓋為不對稱零件，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜重心偏向一邊，有數(shù)條成型溝槽和尺寸要求高的外圓，按照理論，溝槽這種結(jié)構(gòu)應(yīng)采用臥式車床加工。但在實際加工中發(fā)現(xiàn)：由于氣缸蓋的重心嚴(yán)重偏燃燒室側(cè)，并且質(zhì)量大，在臥式車床加工時工件旋轉(zhuǎn)過程中會存在很大的離心力，這種離心力輕則使爆炸面外型失圓，重則會損壞機床。

工藝方法：為了消除安全隱患，經(jīng)過反復(fù)實驗，采用在立式車床上加工的方案能很容易達(dá)到圖紙要求。在加工中設(shè)計適合立式車床加工的工裝和一部分非標(biāo)刀具，最終取得了較好的結(jié)果，加工出完全符合圖紙的燃燒室側(cè)。

4 工裝容易形成積累誤差

氣缸蓋中加工側(cè)面各孔時，定位銷采用是分體定位銷，在工裝裝配時，發(fā)現(xiàn)保證兩端同軸度存在一定的難度，且不易檢查。

工藝方法：在設(shè)計相關(guān)工裝時，吸取了“在加工過程中發(fā)現(xiàn)積累誤差較大，對空間尺寸造成了一定的影響”的教訓(xùn)，采用一體化定位銷，加工方便，效果較好，圖7為工裝示意圖。

5 內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜尺寸多變且多細(xì)長深孔

某機型氣缸蓋集成了舊機型的搖臂支座、進(jìn)氣管組等部件，冷卻水管也很大程度地縮短并盡可能內(nèi)置在氣缸蓋內(nèi)部。這些部套的集成，使氣缸蓋原本較復(fù)雜的內(nèi)腔和外形更加復(fù)雜不規(guī)則，產(chǎn)生了大量細(xì)長孔、孔套孔結(jié)構(gòu)，并有很多孔離側(cè)壁很近，很容易鉆偏，由于氣缸蓋內(nèi)部型腔復(fù)雜，鉆頭如有偏斜很容易鉆破內(nèi)腔。

工藝方法：采用短鉆頭預(yù)鉆，銑刀修正，長鉆頭接通的方法有效地避免以上情況的發(fā)生。另外，針對一些空間斜孔，設(shè)計了專用工裝，其中采用了長導(dǎo)向，也取得了較好的效果（如圖8）。

6 結(jié)束語

柴油機氣缸蓋的加工難點很多，上面提到了一些，有些難點還在不斷的改進(jìn)和研究中。例如，隨著生產(chǎn)總量的增加，大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)能力不足的問題日益突出，如何在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上采用高效復(fù)合刀具和新工藝提高加工效率很值得研究。

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