大功率高速柴油機(jī)機(jī)體缸孔加工技術(shù)探析

王永義 王志全 韓斌

摘 ?要：近年來，柴油機(jī)因其效率高、功率范圍大及能耗低的特點(diǎn)，在各型船舶和艦艇上的應(yīng)用越來越廣泛，柴油機(jī)制造業(yè)在中國正處于良好的發(fā)展階段，但同時(shí)也面臨著很多挑戰(zhàn)。新材料、新技術(shù)、新工藝的開發(fā)與使用，增添了柴油機(jī)的活力，柴油機(jī)在船舶動(dòng)力方面發(fā)揮的作用是無可代替的。本文結(jié)合國內(nèi)柴油機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)缸孔加工定位方案進(jìn)行了分析，并制定了缸孔精密加工技術(shù)應(yīng)用方案，為柴油機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：船用柴油機(jī);機(jī)體缸孔;加工;高速

1國內(nèi)柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

現(xiàn)階段，我國已成為世界第三大造船大國，造船產(chǎn)量逐漸上升，對(duì)船用柴油機(jī)的需求也不斷增加。在發(fā)展過程中，學(xué)習(xí)國外柴油機(jī)先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，柴油機(jī)制造工廠也進(jìn)行了相應(yīng)的改造，不斷健全工廠的基礎(chǔ)設(shè)施，更新了一大批先進(jìn)的工藝設(shè)備，還培養(yǎng)了一批先進(jìn)技術(shù)人才，豐富他們對(duì)先進(jìn)設(shè)備的使用和操作經(jīng)驗(yàn)，并加強(qiáng)質(zhì)保管理系統(tǒng)，為我國今后自主生產(chǎn)研制新設(shè)備打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。目前，在各高等院校、設(shè)計(jì)院所及制造企業(yè)三方合力作用下，通過大量實(shí)驗(yàn)和研究，研制出符合要求的新型船用柴油機(jī)產(chǎn)品，已取得顯著成效[2]。

我國船用高速柴油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面：⑴在引進(jìn)產(chǎn)品方面，目前我國在工藝研究、設(shè)計(jì)方面的經(jīng)濟(jì)投入少，導(dǎo)致引進(jìn)的機(jī)型多、批量少。應(yīng)該把投入集中到幾個(gè)機(jī)型上，新研制的產(chǎn)品應(yīng)能軍民兼用、一機(jī)多用、主輔機(jī)通用，形成系列，重點(diǎn)發(fā)展工藝研究，提高國產(chǎn)率。同時(shí)，加速產(chǎn)品更新?lián)Q代，在國外技術(shù)中提取精華，提高國產(chǎn)機(jī)的檔次，使我國國產(chǎn)柴油機(jī)制造業(yè)邁上一個(gè)新的臺(tái)階[3]。⑵進(jìn)一步提高Pe、降低ge，同時(shí)要能滿足燒重油及排放的要求。⑶改變過去傳統(tǒng)的生產(chǎn)體系，加速專業(yè)化大生產(chǎn)體系建設(shè)，向現(xiàn)代化生產(chǎn)體系發(fā)展，以使主機(jī)廠集中精力擴(kuò)大產(chǎn)品用途和提高整機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量，占領(lǐng)市場(chǎng)并推向海外。⑷持續(xù)貫徹落實(shí)引進(jìn)、創(chuàng)新、吸收、消化、開發(fā)的政策。

2 缸孔加工定位方案分析

2.1 選擇定位基準(zhǔn)原則

六點(diǎn)定位準(zhǔn)則即限制工件在直角坐標(biāo)系中的6個(gè)自由度，是工件定位的基本原理。要想使夾具中工件處于正確位置，必須遵循六點(diǎn)定位準(zhǔn)則。定位準(zhǔn)則應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況為保證工件安裝可靠度和加工精度而制定，定位基準(zhǔn)滿足以下原則：

⑴基準(zhǔn)統(tǒng)一。盡量統(tǒng)一工序間定位基準(zhǔn)，能簡(jiǎn)化工藝設(shè)計(jì)，以減少損失，降低夾具成本。⑵基準(zhǔn)重合?；鶞?zhǔn)不重合，產(chǎn)生誤差會(huì)影響柴油機(jī)使用感受，因此定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)應(yīng)盡量重合。⑶自為基準(zhǔn)。對(duì)于一些加工余量相對(duì)較小且均勻的工序，定位基準(zhǔn)可選擇加工表面本身。⑷裝夾優(yōu)化。盡量使工件操作簡(jiǎn)單，定位方便，安裝穩(wěn)固，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便。⑸互為基準(zhǔn)。對(duì)于兩個(gè)位置精度要求較高的表面，兩個(gè)面可互相做為基準(zhǔn)反復(fù)加工。

2.2 缸孔加工定位基準(zhǔn)方案選擇

現(xiàn)階段，高速柴油機(jī)機(jī)體缸孔加工定位方案有兩種。

方案一，由機(jī)體曲軸孔約束四個(gè)自由度，其余兩個(gè)自由度由機(jī)體底面和機(jī)體其中一個(gè)斷面約束，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)機(jī)體定位。

方案二，由機(jī)體底面約束三個(gè)自由度，其余三個(gè)自由度由底面上兩個(gè)定位孔限制實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)機(jī)體定位。

在表1中對(duì)以上兩種定位方案做比較。以定位基準(zhǔn)原則選擇角度上看，方案二的定位基準(zhǔn)不符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，裝夾操作煩瑣，且夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可消除基準(zhǔn)不重合誤差，使設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，加工精度好。方案一的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但其定位基準(zhǔn)與其它工序定位基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，且該定位技術(shù)方式成熟。

綜合分析：方案一經(jīng)濟(jì)成本高，一般僅用于精度要求較高的中、小型高速柴油機(jī)機(jī)體加工中，應(yīng)用較少;方案二經(jīng)濟(jì)實(shí)用，普遍應(yīng)用于各種柴油機(jī)機(jī)體加工中，應(yīng)用范圍較廣。

3大功率高速柴油機(jī)機(jī)體缸孔加工技術(shù)應(yīng)用

3.1 缸孔加工操作規(guī)范

缸孔精密加工設(shè)備加工中心分為立式和臥式兩種，這里以臥式加工中心為例，并配有分度精度為0.001°的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。

編程零點(diǎn)的設(shè)定：首先通過杠桿百分表確定正夾具垂向定位工作面，為Y方向編程零點(diǎn)，然后確定正縱向定位裝置工作面，設(shè)定為X方向編程零點(diǎn)。曲軸孔自定心裝置在旋緊螺桿的作用下膨脹固定在曲軸孔內(nèi)，兩個(gè)曲軸孔自定心裝置各跨曲軸孔兩檔，從機(jī)體穿入曲軸孔中。將夾具斜面方向朝向機(jī)體底面吊裝到夾具上，使曲軸孔自定心裝置兩個(gè)脹芯的外表面分別落在夾具兩端定位裝置的垂向工作面上。旋轉(zhuǎn)夾具一端釘緊螺釘，安裝壓緊裝置進(jìn)行預(yù)壓緊，壓緊所有壓板，保證夾具斜向定位裝置的工作面與機(jī)體底面貼合，同時(shí)確保夾具左端縱向定位裝置的工作面與機(jī)體左端面與貼合。用0.02 mm塞尺對(duì)所有定位裝置工作面與機(jī)體的貼合情況進(jìn)行檢查，若塞尺能塞入，則檢驗(yàn)不合格需松開壓板重新進(jìn)行安裝。最后利用杠桿百分表確定正曲軸孔自定心裝置脹芯外圓柱面，即為Z方向編程零點(diǎn)。通過微調(diào)機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的角度，對(duì)兩個(gè)曲軸孔自定心裝置進(jìn)行找正。缸孔加工時(shí)，先完成一列缸孔的加工，拆卸工件，將機(jī)體掉頭，重復(fù)以上步驟，完成另一列缸孔的加工[4]。

3.2 曲軸孔自定心裝置

曲軸孔自定心裝置包括前端蓋、后端蓋、脹套、脹芯、螺桿、圓柱銷等，如圖1所示。前端蓋、后端蓋通過螺桿與脹芯連接，設(shè)置在脹芯兩端。脹套為圓環(huán)狀，分別設(shè)置在脹芯兩端的圓錐面上，其內(nèi)徑設(shè)置為圓錐面與脹芯兩端圓錐面相配合。脹芯為圓柱體，其兩端呈圓錐狀。曲軸孔自定心裝置工作時(shí)，應(yīng)在曲軸孔中穿入曲軸孔自定心裝置，將自定心裝置跨曲軸孔兩檔，使螺桿旋緊，直到裝置膨脹固定在曲軸孔內(nèi)，達(dá)到自定心的目的，并起到消除孔徑誤差的作用。

3.3 應(yīng)用效果

某V型柴油機(jī)為大功率高速柴油機(jī)，應(yīng)用機(jī)體缸孔精密加工技術(shù)后，精度得到大幅度提高，且該技術(shù)有一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)，如圖2所示，不僅保證了缸孔止推面至曲軸孔尺寸全部合格，而且能夠確保尺寸一致性。通過運(yùn)用該技術(shù)，一次交檢的合格率由82%提高了13.5個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到95.5%。

4結(jié)語

工藝方案改進(jìn)后，在大功率高速柴油機(jī)中應(yīng)用機(jī)體缸孔加工技術(shù)，不僅保證了加工精度，還帶來很高的經(jīng)濟(jì)效益。此外，本文按V型系列柴油機(jī)最長(zhǎng)機(jī)體設(shè)計(jì)夾具，設(shè)計(jì)的夾具具有多功能性的特點(diǎn)，在更換曲軸孔自定心裝置的條件下，可兼顧與該系列機(jī)體形狀相似、大小相近的機(jī)體缸孔加工;夾具還具有成組性的特點(diǎn)，在調(diào)整縱向頂緊裝置位置的前提下，可兼顧全系列機(jī)體缸孔加工，在降低機(jī)體返修率的基礎(chǔ)上大幅度提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]魯晨光，任良敏，高超，楊剛.大型復(fù)雜V型系列柴油機(jī)機(jī)體的共性特征研究[J].鑄造，2020，69（07）：692-697.

[2]趙悅光，晁革新，陳曉龍，衛(wèi)蓉，田逢甲.柴油機(jī)機(jī)體鑄造工藝的優(yōu)化研究[J].熱加工工藝，2015，44（21）：88-90.