發(fā)動機缸體清潔度提升方法

符式金 王飛 王洋

摘 要：發(fā)動機缸體作為發(fā)動機主要零部件之一，其清潔度對發(fā)動機的裝配、使用性能及可靠性都有較大的影響。本研究以一款直列四缸發(fā)動機鑄鐵材料缸體為研究對象，從缸體機加工毛刺產(chǎn)生機理、毛刺去除等方面出發(fā)，研究缸體清潔度的提升方法。通過參數(shù)優(yōu)化、刀具選型、去毛刺工具、加工工藝順序調(diào)整等方法，來解決缸體毛刺問題，從而提升缸體的清潔度。

關(guān)鍵詞：缸體;清潔度;毛刺

中圖分類號：TP2 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）9-0047-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.09.009

Analysis on the Method of Improving Cleanliness of Engine Cylinder Block

FU Shijin? ? WANG Fei? ? WANG Yang

（SAIC General Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou 545007，China）

Abstract：As one of the main parts of the engine，the cleanliness of the engine cylinder has an important impact on the assembly，performance and reliability of the engineIn this study，an in-line four-cylinder engine cast iron cylinder as the research object，from the cylinder machining burr generation mechanism， burr removal method to explore the method of cylinder cleanliness improvement.Through parameter optimization， tool selection，deburring tools，processing process sequence and other methods，to solve the burr problem of cylinder block，improve the cleanliness of the cylinder block.

Keywords：cylinder body;cleanliness;burr

0 引言

作為發(fā)動機的主要零部件之一，發(fā)動機缸體的清潔度對發(fā)動機的裝配、使用性能及可靠性有著重要的意義。缸體清潔度過低，則殘留的毛刺、雜質(zhì)等會掉落到運動部位或進入冷卻油道，從而導致運動副異常磨損、拉缸、曲軸抱死等，還會影響發(fā)動機的裝配，導致螺栓擰緊時出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，嚴重時會出現(xiàn)螺紋孔滑牙問題。目前，主要通過中間清洗和最終清洗來控制發(fā)動機缸體的清潔度。而這兩種工藝方法存在的問題有兩類：一是缸體外部部分銑面邊緣和螺紋孔孔口邊緣有翻邊毛刺;二是內(nèi)部主油道貫穿位置、鉆通孔出刀側(cè)、曲軸孔等邊緣有翻邊毛刺。毛刺問題嚴重影響發(fā)動機的使用性能及可靠性。

本研究旨在探究發(fā)動機缸體機加工毛刺的產(chǎn)生機理和去除方法，提升缸體的清潔度，從而降低毛刺對裝配的影響，提升發(fā)動機的使用性能和可靠性，從而提升發(fā)動機的產(chǎn)品品質(zhì)。

1 毛刺形成機理及處理措施

本研究探究的發(fā)動機缸體材質(zhì)為鑄鐵材料，其具有較高的韌性、延展性等特性。金屬材料的加工是在切削刀具的強力作用下，零件加工面會產(chǎn)生塑性變形，當塑性變形區(qū)大于切削層厚度時，加工表面在切削力的作用下，金屬材料因受到擠壓和撕裂，從而產(chǎn)生毛刺，臨近該塑性變形區(qū)的邊、角、棱以及孔口等部位都會產(chǎn)生毛刺[1]。

對于發(fā)動機缸體來說，毛刺主要產(chǎn)生于加工面、貫穿孔出口及螺紋孔進刀孔口邊緣等部位。對于缸體機加工來說，無法避免毛刺的產(chǎn)生，但可通過分析毛刺形成的機理、應(yīng)用刀具選型、優(yōu)化刀具刃口結(jié)構(gòu)參數(shù)、變更加工工藝順序、優(yōu)化加工參數(shù)、優(yōu)化加工路徑、使用去除毛刺工具等措施來解決毛刺問題，從而提升發(fā)動機的產(chǎn)品質(zhì)量。

2 鋼印面棱邊毛刺

缸體鋼印面棱邊毛刺不僅會影響發(fā)動機裝配鋼印碼的拓印質(zhì)量，還會影響拓印的操作效率。在發(fā)動機裝配過程中，毛刺易掉落到曲軸孔里，易造成曲軸抱死等故障。

缸體鋼印面加工時先銑削鋼印面，然后再銑削缸體后端面。在銑削缸體后端面過程中，材料因受到切削刀具的擠壓而產(chǎn)生變形，并在鋼印面與后端面相交的棱邊產(chǎn)生毛刺（見圖1）。

清洗機無法有效地去除鋼印面與后端面相交棱邊的毛刺，為了能夠有效地去除鋼印面棱邊毛刺，首先要解決毛刺過大的問題。通過優(yōu)化后端面銑刀刀具的調(diào)刀方法（見圖2），將精刀片的外高調(diào)整為內(nèi)高，可增大精刀片參與切削的刃口長度，降低后端面銑刀的精刀片磨損速度，從而確保精刀片刃口鋒利度，減小材料受到的擠壓作用，達到減小毛刺的效果（見圖3）。

為了進一步去除鋼印面棱邊的毛刺，通過新增锪刀措施（見圖4），采用锪刀锪小倒角的方式，來刮除鋼印面與后端面相交棱邊毛刺，通過試驗驗證表明，該方法可有效去除毛刺，锪刀刮除后具體狀態(tài)如圖5所示。

3 主油道貫穿交叉部位毛刺

缸體主油道貫穿交叉部位的毛刺會導致OCV閥芯卡滯、曲軸孔抱死等問題。目前，缸體加工工藝為先鉆主油道，后鉆曲軸孔的斜油孔以及其他輔助油道。在加工過程中材料受擠壓力的作用，在貫穿交叉孔出口處因擠壓變形而產(chǎn)生的毛刺均朝向主油道內(nèi)側(cè)，狀態(tài)如圖6所示。毛刺產(chǎn)生的朝向統(tǒng)一且朝向主油道內(nèi)側(cè)，去除較為便利。采用清洗機高壓清洗工位的高壓水（壓強為20～30 MPa）來去除主油道貫穿交叉部位的毛刺，該方法為非接觸式去毛刺。由于該部位的毛刺粘連較為牢固，致使毛刺無法被有效去除。為了提高毛刺去除能力及去毛刺的可靠性，通過新增接觸式的專用刀具來刮除毛刺（見圖7），主油道貫穿交叉部位的毛刺改善效果顯著，主油道貫穿交叉部位的毛刺可被有效去除（見圖8）。

4 曲軸孔毛刺

缸體曲軸孔毛刺易造成曲軸抱死等問題。由于缸體曲軸孔直徑較大，其塑性變形區(qū)大于切削余量的厚度，曲軸孔表面在切削刀具的擠壓力作用下，曲軸孔刀具切出側(cè)受擠壓和撕裂產(chǎn)生毛刺（見圖9），曲軸孔毛刺主要分布在其出刀側(cè)整個側(cè)棱圓圈上。由于毛刺粘連較為牢固，僅使用清洗機清洗工藝無法有效地去除毛刺。

切削刀具的刃口磨損越大，刃口的鋒利度就越低，曲軸孔加工表面材料受到的擠壓力就越大，產(chǎn)生的毛刺就越多且越大。為此，采用線鏜刀替代長短組合刀具（見圖10），可有效減少加工的換刀時間，從而降低加工參數(shù)，轉(zhuǎn)速和進給從F198S550降低到F120S800，從而降低曲軸孔切削刀具刃口的磨損速度，確保刀具在壽命期間刃口的鋒利度。采用線鏜刀后，曲軸孔毛刺的數(shù)量顯著減少，且存在的毛刺變小，使用線鏜刀加工后曲軸孔毛刺狀態(tài)如圖11所示。

為了能夠更好地去除曲軸孔毛刺，增加了去毛刺的專用毛刷，通過毛刷可機械接觸式去除毛刺，能夠更有效地去除毛刺。為了確保毛刺去除效果，且要保證曲軸孔表面不被劃傷，毛刷要滿足合適的硬度和強度。因此，選擇SiC、Al2O3等原料，通過熔融、擠壓和拉制等工藝，生產(chǎn)出磨料絲材質(zhì)的毛刷（見圖12），該材質(zhì)的毛刷具有合適的軟硬度、較高的耐高溫和耐磨性能，且穩(wěn)定性高、抗彎恢復能力強，從而確保毛刷具有較高的壽命，且去除毛刺的效果良好。增加專用毛刷去毛刺后，曲軸孔邊緣基本上沒有毛刺（見圖13）。

5 主軸承蓋安裝螺紋孔口邊緣毛刺

缸體主軸承蓋安裝螺紋孔口邊緣的毛刺有掉落到螺紋孔內(nèi)部的風險，將導致后工位軸承蓋在安裝過程中出現(xiàn)螺栓擰緊卡滯現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)螺紋孔滑牙單位問題。不僅影響生產(chǎn)效率，還會導致缸體零件報廢。通過分析發(fā)現(xiàn)，在銑面過程中，材料在擠壓力作用下，在螺紋孔口產(chǎn)生朝向孔內(nèi)側(cè)的較大毛刺（見圖14）。

為減少該螺紋孔口的毛刺，將加工工藝順序調(diào)整為先銑面再鉆孔攻絲。調(diào)整加工工藝順序后，該螺絲孔孔口的毛刺顯著減小，毛刺朝向由內(nèi)側(cè)變?yōu)橥鈧?cè)（見圖15），可有效降低螺栓安裝滑牙等風險。

6 機油濾清器進油孔毛刺

如果缸體機油濾清器進油孔存在毛刺會造成濾清器堵塞、供油不足，進而導致發(fā)動機潤滑不良，從而引發(fā)拉缸故障。機油濾清器進油孔是在毛坯面直接進行鉆孔，使用C型鉆尖鉆頭加工，孔口毛坯面受到擠壓易產(chǎn)生毛刺。當鉆頭即將鉆通時，出口處材料出現(xiàn)塑性變形，鉆頭外緣刃口切削的三角形部分材料受到軸向切削力的作用從而產(chǎn)生變形，并向外側(cè)彎曲變形，在鉆頭后刀面和棱邊作用下繼續(xù)卷曲，最終形成卷邊或毛邊毛刺（見圖16）。

為了減少鉆通孔出（入）口處的毛刺產(chǎn)生，選擇E型鉆尖鉆頭來對機油濾清器進油孔進行加工，提升鉆孔的定心，從而減少進口毛刺的產(chǎn)生，由于鉆頭刃口鋒利，可使孔出口處的毛刺得到顯著減少（見圖17）。

7 結(jié)語

本研究通過對鑄鐵缸體5個易產(chǎn)生毛刺加工工藝中的毛刺產(chǎn)生機理進行分析，提出相應(yīng)的解決措施。通過锪刀锪小倒角來刮除鋼印面棱邊毛刺，使用接觸式刀具來刮除主油道貫穿交叉位置的毛刺，通過線鏜刀具、參數(shù)優(yōu)化和專用毛刷來解決曲軸孔的毛刺，調(diào)整加工工藝順序來減少主軸承蓋安裝螺紋孔孔口毛刺的產(chǎn)生，使用E型鉆尖鉆頭來減少機油濾清器進油孔入口和出口處的毛刺。

上述多個措施能夠有效地減小缸體機加工的毛刺，解決毛刺對發(fā)動機裝配的影響，提升缸體的清潔度，從而提高發(fā)動機的使用性能以及可靠性。本研究僅從加工方面出發(fā)，探討如何提升發(fā)動機缸體的清潔度，而對缸體整體清潔度的提升，需要從毛坯的鑄造、加工、存儲以及轉(zhuǎn)運等多個環(huán)節(jié)分別進行控制，才能更全面地提升缸體清潔度，確保發(fā)動機的產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻：

[1] 徐立錦.金屬切削毛刺的生成機理與對策[J].湖北汽車，1995（3）：39-42.