铸造铝合金缸体加工
汽车对发动机的要求越来越高,发动机对材料的要求也越来越高。因此发动机缸体的机械加工水平和难度也需要随之提高。无论是在工艺的选择、机床刀具的选择上,本文都给出了相应的建议。
传统能源的供应日益见紧,环境保护的压力日趋加大,使汽车向小排量、高功率、低油耗、低排放方向发展。因而对发动机的性能要求越来越高,发动机正在采用高性能、高强度材料,材料的强度的提高对机械加工提出了更高的要求,对机床、刀具、加工工艺提出了更高要求。现以发动机的缸体加工谈谈点滴体会。
零件结构及材料
缸体是发动机的基础件,更是关键件。上表面是缸盖安装面,下表面与油底壳配合,前面有前罩盖,后面是变速器,左右分别是进排气面。各大平面形状精度高、尺寸精度高,相互位置准确,表面粗糙度低。缸体上还有活塞往复运动的汽缸孔和安装曲轴的主轴承孔;更密布有油道、水道,大大小小的定位孔和螺纹孔。
铝合金缸体加工时,可通过优质的切削
液延长刀具在苛刻条件下的使用寿命。
缸体材料为铸造铝合金ZL111,这种铝合金有良好的铸造性,铸件外观状态好、精度高;强度高、气密性好、耐高压;经热处理后力学性能是硅铝系合金中最好的,同时又具有良好的加工性,适于机械加工。铸件公差按GB/T6414-CT7级,不允许有裂纹、冷格、缩孔、疏松、及浇不足;为提高铸件强度,增加了必要的加强筋。
精度简述
(1)上下平面是缸体的基本表面,在Smax=377×325m㎡的范围内,表面粗糙度Ra1.6。
0.04
∥
0.05
D
Φ
0.15
D
Q
N
(2)前、后面,表面粗糙度Ra1.6。
0.05
Φ
0.10
D
Q
N
⊥
0.10
G-K
(3)底面上2-∮13H7销孔与底面一起构成了缸体的设计基准和工艺基准;顶面上的两个销孔是缸盖的安装定位基准,前后面各有两个销孔分别为前罩盖和变速器壳体的安装定位,其余的孔则为螺纹孔和油孔。
(4)缸体上最重要的孔是缸孔和曲轴孔。活塞往复高速运动,使缸孔即承受活塞环的摩擦力又承受高温燃气的膨胀压力和热应力,既有交变载荷又有冲击载荷。含磷耐磨铸铁L111做的缸套,在缸体浇注时即镶铸在缸体中,使缸孔在苛刻的工作条件下,具备良好的性能,满足了发动机工作需要。
缸孔的具体参数和精度:四个缸孔4-∮G±0.01mm、表面粗糙度RzDIN2~5μ。
〇
0.006
Φ
0.10
D
Q
N
(5)主轴孔即为曲轴安装定位又为曲轴工作定位,承受曲轴高速旋转的摩擦和冲击。为确保曲轴定位稳定可靠,选用了灰铸铁做主轴承盖,这样主轴孔就由双金属构成。孔的具体参数:直径∮K﹢0.016、表面粗糙度Ra0.8。
〇
0.006
—
0. 01
G-K
◎
0. 015
G-K
可见汽油发动机的缸体是一个精度高、结构复杂的薄壁箱体件。欲实现缸体的高速、高效、高质量加工,必须将机床、刀具、材料诸多因素综合考虑,而把这方方面面有机地串联在一起的就是加工工艺,因此欲实现缸体的高速高效加工必须有科学、先进、合理的加工工艺。
工艺路线
工艺路线影响产品质量、影响生产效率、影响生产成本,必须合理安排。确定工艺路线的原则:
(1)保证产品符合设计图样及相关技术资料要求,并且质量稳定。
(2)有利于发挥设备及工艺系统的效能,方便操作,物流合理。
(3)尽量做到生产周期短,效率高,成本低。
缸体加工的工艺路线如下:
(1)毛坯予加工形成了底面的一面二销的工艺基准;以此为基准完成排气面各凸台的加工,形成转换基准。
(2)以排气面凸台定位,加工底面及二定位销孔,形成底面的‘一面两销’工艺定位基准,同时粗加工缸孔,粗铣顶面。本工序结束前以较小加工余量对底面及定位销孔进行一次精加工,确保底面的平面度、与顶面的平行度、及好的尺寸精度和较低的粗糙度,为以后的各工序准备一个好的工艺基准。
(3)以底面的“一面两销”为基准,加工主轴承盖安装面、曲轴半圆孔;精加工前后面控制两面的平面度、垂直度、位置度和表面粗糙度,加工前、后面,上面的孔系。装配主轴承盖。
(4)精镗曲轴孔,缸孔;最后以较小的余量对底面进行精加工,确保底面有好的平面度、低的表面粗糙度和与顶面的平行度。
(5)绗磨缸孔,铰绗曲轴孔。
(6)最终检验。
加工的时候请切记:缸体内腔多、壁厚薄、压紧点要合理,压紧力要适当,避免出现安装、定位、压紧变形。
机床的选用
高速加工中心,主轴最高转速16,000rpm,X、Y、Z轴进给速度可在1-6,000mm/min内随意调节,快进速度60m/min,B轴转速40rpm(360×1°旋转分度工作台),主轴最大功率20/30kW,最大扭矩95/143N﹒m,X、Y、Z线性轴定位精度0.0021mm,重复定位精度0.00125mm。双托盘,装卸零件和加工同时进行,