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大功率船用发动机气缸盖加工关键工艺技术研究

发布时间:2018-08-10 19:07:07 文章来源:上海南汇区东海学校    

陈广平

摘 要:文章结合企业工作实践,分析了气缸盖机械加工中的部分难点,并详细说明如何解决加工中存在的加工的难题。希望通过文章的分析,能够促进相关工作的发展。

关键词:气缸盖单元;气缸盖;加工工艺

中图分类号:S219.031 文献标志码:A 文章編号:2095-2945(2017)30-0074-02

引言

我公司新近引进的MAN B&W新开发的内燃机是世界上最先进的柴油机。如L27/38、L28/32等柴油机具有结构紧凑体积小,管系少,安装调试方便、功率大等优点,单缸输出功率可以达到340kW以上。新机型的主关件结构很复杂,加工更困难,尤其柴油机的心脏“气缸盖单元”的加工质量好坏直接影响到柴油机的整体性能。本文将分析“气缸盖单元”中的关键件气缸盖关键加工技术。

1 气缸盖气阀导管加工关键工艺

1.1 气阀导管等孔加工难点一:气阀导管带冷铁

气缸盖由于结构紧凑,集成了许多零件的功能,同时也增加气缸盖高精度孔的数量,并且许多孔的形位公差也相当高。如气阀导管孔和阀座孔的同轴度,喷油器导管孔中各档孔之间的同轴度,另外进气管、排气管孔、冷却水腔孔等空间位置均有要求,并且气阀导管孔不规则,中心有铸造冷铁存在。

如图1所示某机型气缸盖气阀导管孔直径只有Φ32mm,四个孔平均长度达145mm,径长比达0.22。采用以铣刀为主的加工方案,在批量生产过程中发现同轴度不稳定。经过分析发现冷铁对加工精度影响很大,另外铣刀由于螺旋槽的存在刚性大大降低。改进工艺方案,增加镗刀,加强刀具刚性及对预加工孔的修正;另外考虑到细长孔的加工状况立式加工中心要比卧式加工中心好,将大部分工序集中在立加上加工,经过实践证明效果较好。

1.2 气缸盖气阀导管等孔加工难点二:气阀导管带“窗口”

图2是类似某机型气缸盖气阀导管局部图示意图,其中φ104H7、φ102H7、φ27H7各孔有同轴度和光洁度要求,φ27H7孔一侧有不规则铸造窗口。整个复合孔与其他基准位置度要求小于0.05。

工艺方法:设计新刀具结合新工艺解决“窗口问题”。

对于图2所示Φ27H7孔,是一种高精度破断孔。以前我们采用一般的加工工艺:“φ23钻头→φ25扩孔钻→φ26.8粗镗刀→Φ27H7精镗刀”的方法来加工。但是由于Φ27H7孔中一侧有铸造窗口(即破断孔),加工过程中轴向及径向受力不连续,刀具很容易偏向一边,形成椭圆。同轴度无法保证;并且,零件材料含碳量为3.3~3.8%,含硅量2.2~2.5%,精镗刀加工光洁度不很理想,不能达到图纸要求。进行了若干次工艺改进,最后用新的工艺手段结合设计新刀具的方法基本完成了加工任务,具体做法如下:

(1)工艺改进:为了解决加工过程中很容易偏向一边的问题,在加工时尽可能的采用镗铣削。φ23钻头钻通零件后,再采用两次粗镗,加工尺寸至φ26.8,只留下精铰余量,这样极大地修正了由于窗口存在所导致的偏斜问题,虽然不能完全满足同轴度要求,但除了窗口区域外基本满足跳动要求。

(2)设计刀具:为了解决Φ27H7精镗刀加工表面光洁度比较低问题,决定采用铰削工艺进行加工,但经过试加工,普通铰刀依然存在“偏向一边”问题。为此,经过若干次实验,设计了一种如图3所示的硬质合金左螺旋铰刀,加工结果令人满意。

2 摇臂轴槽加工复杂,精度要求高

某机型气缸盖的摇臂轴孔如图4所示,φ43H8孔与φ38E8跳动度要求0.04mm、与32.2±0.05槽垂直相交、与φ43H8与φ13.5及φ12油孔不过中心相交。由于孔与槽相交、孔与孔相交,并且精度要求高,加工精度很难保证。

工艺方法:采用“先易后难,逐个解决问题”的方法来加工。

(1)在立式加工中心上将φ13.5mm孔和φ12mm孔钻到位。(2)在立式加工中心上用φ30、φ32立铣刀分9次粗加工32.2±0.05槽至32mm宽。(3)在立式加工中心上用φ32.2成型立式铣刀一刀精加工32.2±0.05槽至规定尺寸。(4)在卧式加工中心上一钻两镗留0.3余量加工处φ43H8孔与φ38E孔。(5)在卧式加工中心上利用非标铰扩刀(图5)加工出φ43H8孔与φ38E孔。

经过时间证明,利用此工艺方法加工出摇臂轴可行,加工结果满足图纸要求。

3 工件外形不规则重心偏移,加工过程不易装夹和定位

气缸盖燃烧室侧结构复杂(如图6所示),由于气缸盖为不对称零件,内部结构复杂重心偏向一边,有数条成型沟槽和尺寸要求高的外圆,按照理论,沟槽这种结构应采用卧式车床加工。但在实际加工中发现:由于气缸盖的重心严重偏燃烧室侧,并且质量大,在卧式车床加工时工件旋转过程中会存在很大的离心力,这种离心力轻则使爆炸面外型失圆,重则会损坏机床。

工艺方法:为了消除安全隐患,经过反复实验,采用在立式车床上加工的方案能很容易达到图纸要求。在加工中设计适合立式车床加工的工装和一部分非标刀具,最终取得了较好的结果,加工出完全符合图纸的燃烧室侧。

4 工装容易形成积累误差

气缸盖中加工侧面各孔时,定位销采用是分体定位销,在工装装配时,发现保证两端同轴度存在一定的难度,且不易检查。

工艺方法:在设计相关工装时,吸取了“在加工过程中发现积累误差较大,对空间尺寸造成了一定的影响”的教训,采用一体化定位销,加工方便,效果较好,图7为工装示意图。

5 内腔结构复杂尺寸多变且多细长深孔

某机型气缸盖集成了旧机型的摇臂支座、进气管组等部件,冷却水管也很大程度地缩短并尽可能内置在气缸盖内部。这些部套的集成,使气缸盖原本较复杂的内腔和外形更加复杂不规则,产生了大量细长孔、孔套孔结构,并有很多孔离侧壁很近,很容易钻偏,由于气缸盖内部型腔复杂,钻头如有偏斜很容易钻破内腔。

工艺方法:采用短钻头预钻,铣刀修正,长钻头接通的方法有效地避免以上情况的发生。另外,针对一些空间斜孔,设计了专用工装,其中采用了长导向,也取得了较好的效果(如图8)。

6 结束语

柴油机气缸盖的加工难点很多,上面提到了一些,有些难点还在不断的改进和研究中。例如,随着生产总量的增加,大多数企业生产能力不足的问题日益突出,如何在现有设备基础上采用高效复合刀具和新工艺提高加工效率很值得研究。

参考文献:

[1]马志健.柴油机气缸盖精密加工工艺研究[D].南京理工大学,2011.

[2]贲文军.船用中速柴油机气缸盖关键孔系工艺方案改进[D].江苏大学,2015.

[3]张红梅.复合刀具在柴油机气缸盖加工中的应用[J].机械工程师,2012(6):161-163.

[4]王化清.HXN5型气缸盖加工中心装备的设计与应用[J].金属加工(冷加工)冷加工,2011(14):38-40.

[5]段守财,景红,刘敏,等.柴油机气缸盖精密加工技术研究及应用[J].铁道机车车辆,2011,31(s1):358-361.endprint

科技创新与应用 2017年30期

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