影響活塞鑄鐵環(huán)槽加工質(zhì)量的因素初探

鄧春華 嚴(yán)繼斌

摘要：在內(nèi)燃機(jī)技術(shù)逐漸發(fā)展過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于活塞環(huán)在使用壽命方面的要求越來(lái)越高，在此情況下，活塞鑄鐵環(huán)槽在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，質(zhì)量要求也進(jìn)入到了全新階段，其中主要體現(xiàn)在對(duì)于活塞品種有了更高要求。為了實(shí)現(xiàn)活塞鑄鐵環(huán)槽整體加工質(zhì)量提升，需加強(qiáng)對(duì)其機(jī)械加工整個(gè)過(guò)程的研究，運(yùn)用理論結(jié)合實(shí)踐方式，促進(jìn)加工質(zhì)量有效提升。

Abstract： In the process of the gradual development of internal combustion engine technology， the engine has higher and higher requirements for the service life of piston rings. In this case， the quality requirements of piston cast iron ring groove in machining have entered a new stage， which is mainly reflected in the higher requirements for piston varieties. In order to improve the overall processing quality of piston cast iron ring groove， it is necessary to strengthen the research on the whole process of machining， and use theory combined with practice to promote the effective improvement of processing quality.

關(guān)鍵詞：活塞鑄鐵環(huán)槽;加工質(zhì)量;發(fā)動(dòng)機(jī)

Key words： piston cast iron ring groove;processing quality;engine

中圖分類(lèi)號(hào)：TG174.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）09-0103-02

0 ?引言

發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于活塞鑄鐵環(huán)槽在加工時(shí)的質(zhì)量提出了全新要求，加工過(guò)程中，質(zhì)量影響因素主要包括這幾方面，即刀具、機(jī)床、加工參數(shù)、夾具等，通過(guò)對(duì)影響因素的全面分析，能夠進(jìn)一步促進(jìn)其在加工時(shí)質(zhì)量的提升，使加工質(zhì)量與技術(shù)要求之間相適應(yīng)[1]。

1 ?鑄鐵環(huán)槽在加工時(shí)的質(zhì)量要求

加工過(guò)程中，尺寸方面的要求主要為槽側(cè)面與活塞頂面之間的軸向距離，在表示時(shí)，可以將其表示為L(zhǎng)，也包括環(huán)槽寬度，環(huán)槽寬度在表示時(shí)可以將其表示為A，同時(shí)包括槽底直徑，槽底直徑在表示時(shí)可以將其表示為D1。形狀要求主要為槽層面中徑向直線度，槽側(cè)面中平面度等，位置要求主要為針對(duì)活塞軸線中的圓跳動(dòng)度的要求，表面質(zhì)量為側(cè)面表面實(shí)際粗糙程度[2]。鑄鐵環(huán)槽在進(jìn)行加工時(shí)，其質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)體現(xiàn)出的使用性能之間聯(lián)系緊密，在加工質(zhì)量未能達(dá)到合格情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)出現(xiàn)漏氣嚴(yán)重、機(jī)油消耗高多種問(wèn)題[3]。嚴(yán)重時(shí)，鑄鐵環(huán)槽和活塞鋁制機(jī)體之間黏合位置會(huì)出現(xiàn)斷裂或者是裂紋，在發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，可能會(huì)使缸體發(fā)生損壞，進(jìn)而出現(xiàn)質(zhì)量事故。

2 ?活塞鑄鐵環(huán)槽在加工時(shí)的質(zhì)量影響因素

鑄鐵環(huán)槽在進(jìn)行加工時(shí)，質(zhì)量主要為形狀、尺寸精確程度、位置精確程度、表面實(shí)際粗糙程度這幾方面，對(duì)其加工質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素不僅包括材料自身，也包括夾具、機(jī)床、技工參數(shù)、刀具等。

2.1 機(jī)床

活塞環(huán)槽在進(jìn)行加工時(shí)，多數(shù)在臥式的機(jī)床中進(jìn)行，因此臥式機(jī)床具體精度會(huì)對(duì)其在加工時(shí)的質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。其中主要體現(xiàn)在這幾方面：

首先，對(duì)環(huán)槽槽底質(zhì)量產(chǎn)生的影響[4]。在臥式機(jī)床導(dǎo)軌存在水平直線誤差情況下，便會(huì)影響槽底直徑，在導(dǎo)軌中直線誤差達(dá)到0.01mm時(shí)，半徑方向便會(huì)發(fā)生變化，并且受到定位誤差影響，定位夾具中止口胎和定位面配合時(shí)在直徑上方會(huì)有間隙存在，加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)環(huán)槽底圓影響活塞外圓形中的圓跳動(dòng)情況，進(jìn)而產(chǎn)生誤差。臥式機(jī)床對(duì)環(huán)槽底圓在加工時(shí)精度產(chǎn)生影響的主要原因在于機(jī)床底軸會(huì)出現(xiàn)回轉(zhuǎn)誤差，也就是主軸徑向著圓跳動(dòng)[5]。

其次，對(duì)環(huán)槽側(cè)面質(zhì)量產(chǎn)生的影響。在加工過(guò)程中，如果機(jī)床主軸出現(xiàn)軸向竄動(dòng)情況，將會(huì)影響環(huán)槽進(jìn)行側(cè)面加工時(shí)的質(zhì)量，即環(huán)槽側(cè)面出現(xiàn)平面誤差。

2.2 夾具

就當(dāng)前來(lái)講，進(jìn)行活塞生產(chǎn)時(shí)，主要是運(yùn)用批量化加工方式，為了實(shí)現(xiàn)快速裝夾以及快速定位，需利用專(zhuān)用夾具，夾具質(zhì)量和機(jī)床呈現(xiàn)出的配合性能會(huì)影響活塞環(huán)槽在加工時(shí)的質(zhì)量[6]。在保證臥式樣機(jī)床位置準(zhǔn)確時(shí)，往往會(huì)運(yùn)用定位止口胎進(jìn)行活塞以及機(jī)床中間件的連接，就其結(jié)構(gòu)來(lái)講，會(huì)由于活塞在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)的不同存在差異，一般情況下，結(jié)構(gòu)形式主要分為兩種，也就是定位端面以及定位圓周面。

就止口胎定位來(lái)講，原理在于其定位端面能夠?qū)钊樦鳽軸在移動(dòng)時(shí)的自由度有所限制，也會(huì)對(duì)繞Y軸以及Z軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的自由度有所限制。對(duì)于定位圓周面，能夠?qū)钊@Y軸和X軸時(shí)在旋轉(zhuǎn)時(shí)的自由度有所限制。因此進(jìn)行活塞環(huán)槽加工時(shí)，止口胎能夠?qū)钊杂啥冗M(jìn)行有效限制?；钊麌@Z軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)自由度可以通過(guò)專(zhuān)用定位塊實(shí)現(xiàn)。定位塊加工時(shí)能夠進(jìn)行傳遞扭矩，進(jìn)而帶動(dòng)活塞和機(jī)床主軸共同旋轉(zhuǎn)。對(duì)于其夾緊方式來(lái)講，主要運(yùn)用氣動(dòng)壓力方式，通過(guò)萬(wàn)向頂盤(pán)在機(jī)床尾部進(jìn)行連接。活塞定位在結(jié)束之后，活塞頂部運(yùn)用夾緊力完成加緊工作，進(jìn)而活塞進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加工過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)較大位置上的變化。對(duì)于工件中的定位基面與定位元件中的限位基面之間的集合可以稱(chēng)之為定位副，活塞以及定位元件存在的誤差主要包括這幾個(gè)方面，也就是活塞和止口胎定位端面存在的誤差，撥塊出現(xiàn)的誤差，活塞和止口胎定位圓周面存在的誤差，就圓周面誤差來(lái)講，在圓周面和止口胎中的限位圓周面活塞軸與接觸面之間的接觸較少時(shí)，受切削力和活塞重力多種影響，活塞會(huì)出現(xiàn)傾斜角，進(jìn)而導(dǎo)致活塞環(huán)槽側(cè)面影響活塞軸面具體垂直度，由此可見(jiàn)，加工中存在的誤差大小和活塞環(huán)槽側(cè)面與定位端面之間的距離，傾斜角度以及活塞外徑相關(guān)[7]。

就定位塊誤差來(lái)講。在加工過(guò)程中，定位塊和活塞內(nèi)檔面之間僅能通過(guò)單邊線進(jìn)行接觸，加工過(guò)程中，受切削力影響，活塞十分容易出現(xiàn)徑向竄動(dòng)，進(jìn)而對(duì)環(huán)槽在加工時(shí)的精確程度產(chǎn)生不良影響。實(shí)際加工過(guò)程中，為了保證加工效率，進(jìn)行活塞安裝時(shí)往往會(huì)運(yùn)用非定向裝夾形式，在此情況下，定位塊和活塞內(nèi)檔面進(jìn)行接觸時(shí)，位置的一致性難以得到充分保證，因此需運(yùn)用適當(dāng)措施進(jìn)行改進(jìn)，可以將整體定位塊變?yōu)楦?dòng)定位塊，這種方式的運(yùn)用能夠在較大程度上減少加工過(guò)程中對(duì)加工精度產(chǎn)生的影響，使活塞質(zhì)量得到較大程度保證。

2.3 刀具

在切削技術(shù)不斷發(fā)展過(guò)程中，當(dāng)前進(jìn)行活塞鑄鐵環(huán)槽加工時(shí)，一般會(huì)使用聚晶立方氮化硼刀具，此種刀具優(yōu)勢(shì)比較明顯，其中主要體現(xiàn)在耐磨、硬度高、耐沖擊等，多數(shù)情況下，可以加工活塞只數(shù)能夠達(dá)到一千多，此種刀具和早期運(yùn)用硬質(zhì)合金刀具之間相比，在使用壽命方面獲得了明顯的提升，也能使環(huán)槽表面在加工時(shí)的質(zhì)量獲得明顯提升。

2.4 加工參數(shù)

活塞環(huán)槽進(jìn)行加工時(shí)，加工參數(shù)會(huì)對(duì)其表面粗糙程度產(chǎn)生較大影響，對(duì)于環(huán)槽在加工時(shí)的參數(shù)來(lái)講，主要為切削進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速、切削深度。就環(huán)槽表面粗糙程度來(lái)講，不同產(chǎn)品在要求上會(huì)有所不同，部分產(chǎn)品為Ra1.25μm，部分產(chǎn)品為Ra0.4μm。在相同機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，表面粗糙程度雖然相同，但是受活塞結(jié)構(gòu)有所不同影響，需要使用的加工參數(shù)會(huì)有所不同，怎樣在加工時(shí)以較快速度獲得最優(yōu)加工參數(shù)為活塞加工時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。為了使加工參數(shù)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)，可以運(yùn)用六西格瑪方面的管理工作實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，并和以往獲得的加工數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，獲得合理數(shù)據(jù)組合展開(kāi)試驗(yàn)，進(jìn)而在短時(shí)間內(nèi)獲得加工參數(shù)。

3 ?活塞鑄鐵環(huán)槽在加工時(shí)提升質(zhì)量有效策略

3.1 刀具加工時(shí)分析受力

進(jìn)行受力分析時(shí)，需注重材質(zhì)參數(shù)的選定，然后對(duì)受力進(jìn)行詳細(xì)分析，一般情況下，刀尖圓弧半徑會(huì)輕微影響刀具前面刀的實(shí)際磨損速度，切削速度會(huì)明顯影響刀具前面刀實(shí)際磨損程度。同時(shí)進(jìn)給量也會(huì)對(duì)磨損程度產(chǎn)生較為明顯的影響，但是與切削速度相比明顯更弱。

3.2 正確使用車(chē)削方式

進(jìn)行鑄鐵環(huán)槽加工時(shí)，結(jié)合其物理性能，最好使用復(fù)合刀具，并且在加工時(shí)使用切削方法會(huì)對(duì)刀具在使用時(shí)的成本產(chǎn)生直接影響，因此選擇主切削刃時(shí)，與圖紙中的要求相比，寬度需略窄，刀尖圓弧半徑和環(huán)槽槽底部之間在弧度上需保持一致。就刀具角度來(lái)講，需和環(huán)槽要求總角度相比略小。這種方法的運(yùn)用，不僅能夠使表面粗糙程度得到保證，也能讓環(huán)槽寬度變得更窄。同時(shí)可以運(yùn)用程序調(diào)整方式補(bǔ)償，將刃磨頻次與換刀頻次降低，實(shí)現(xiàn)工作效率的有效提升。

3.3 優(yōu)化選擇工藝參數(shù)

活塞環(huán)槽在進(jìn)行切削時(shí)，刀具和環(huán)槽之間存在物理作用以及機(jī)械作用，因此刀具磨損相關(guān)問(wèn)題較為復(fù)雜，在車(chē)削速度比較低的情況下，磨損為粘結(jié)磨損，在車(chē)削成速度比較高時(shí)，磨損為擴(kuò)散磨損。針對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的主要目的在于使加工質(zhì)量與效率得以保證情況下，將刀具使用時(shí)產(chǎn)生的磨損下降到最低。

3.4 選擇切削液

使用切削液能夠?qū)⑶邢鲿r(shí)的溫度降低，減少刀具和加工表面之間產(chǎn)生的摩擦，促進(jìn)刀具實(shí)際使用壽命提升，當(dāng)前主要為水基切削液體以及油基切削液，在選擇過(guò)程中，需結(jié)合工件材料、加工工序、環(huán)保衛(wèi)生、機(jī)床狀況等多種因素。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

總之，活塞鑄鐵環(huán)槽在進(jìn)行加工過(guò)程中，夾具、機(jī)床、加工參數(shù)、刀具等會(huì)產(chǎn)生比較直接的影響。因此實(shí)際加工時(shí)需對(duì)這些因素進(jìn)行充分考慮，有效控制夾具精度、機(jī)床進(jìn)度能，進(jìn)而使質(zhì)量上與相關(guān)要求相符。

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作者簡(jiǎn)介：鄧春華（1966-），男，湖北武漢人，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造。