【案例分享】山高发动机缸体缸盖精加工攻略

文章来源:AI 汽车制造业 发布时间:2020-08-18
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凭借在国内数十条发动机缸体缸盖生产线上的成功应用案例,瑞典山高刀具公司证明了自身在此方面的丰富经验。本文以某客户的实际应用为例,介绍了山高面对发动机缸体缸盖精加工中的各种问题而提供的具有针对性的刀具解决方案。
凭借在国内数十条发动机缸体缸盖生产线上的成功应用案例,瑞典山高刀具公司证明了自身在此方面的丰富经验。本文以某客户的实际应用为例,介绍了山高面对发动机缸体缸盖精加工中的各种问题而提供的具有针对性的刀具解决方案。客户评价说:山高的刀具解决方案技术成熟度高,加工质量稳定可靠,而且售后服务及时。

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背景
发动机是汽车的心脏,其质量与性能的好坏,决定了汽车运行的动力性、经济性、平稳性和环保性。而发动机的质量与性能,在很大程度上取决于其零部件的加工质量!
缸体和缸盖的精加工为例,这两个发动机部件,即使部位不同,对表面粗糙度、尺寸精度、形状精度和位置精度等要求也不尽相同,以确保不同部位功能的最佳发挥,从而赋予发动机最佳的性能优势。与此同时,汽车发动机零部件加工企业还追求生产效率和经济效益的最大化,从而要求刀具能够胜任高转速、快节拍的生产需求,减少崩刃,延长使用寿命。显然,这些都对加工刀具提出了很高的要求。对于刀具供应商而言,除了要提供优质的刀具产品外,更需要提供切实可行的刀具解决方案。
凭借在国内数十条发动机缸体缸盖生产线上的成功应用案例,瑞典山高刀具公司(以下简称“山高”)证明了自身在此方面的丰富经验。那么,针对发动机缸体缸盖精加工过程中具体存在的各种挑战性问题,山高提供了怎样的刀具解决方案呢?下面以某客户的实际应用为例来予以说明。


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缸体精加工难题及山高攻略
缸体顶面:发动机缸体顶面主要与缸盖底面相结合,二者之间加有汽缸垫,以确保密封性。由于此处压力大,工作条件恶劣,对密封性的要求高,因此要求缸体顶面要具有较高的表面粗糙度和平面度。此外,该缸体顶面还有一个水槽,其粗加工中产生的毛刺也给精加工带来了不利影响。而根据加工厂商的要求,生产节拍要快,刀具要适应高转速需求,再加上缸体材料含合金元素,这些都对刀具的材质和寿命带来了挑战。
山高的解决方案是:采用陶瓷刀片进行切削,修光刃刀片用CBN,从而兼顾了节拍、价格和寿命要求(图1);在铣面之前增加一把倒角刀,对水槽进行倒角,并适当把深度倒大,这样就大大减少了铣面之后的毛刺,延长了刀具寿命。
图1 山高面铣刀R220.30-8250-12CT/75068855
缸体前后端面:发动机缸体的前后端面主要起密封作用,其中,前端面与链轮室盖相连,起到密封发动机油系的作用,确保曲轴箱、正时机构等是一个封闭的空间,避免油气泄漏;后端面实际上是几个面,其中后油封面与后油封结合,防止机油沿曲轴法兰泄漏,另一部分面与变速器离合器壳体结合,要求其能保证两个面得到良好稳定的结合。
显然,发动机缸体前后端面的加工对区间粗糙度的要求较高,进而对刀具的参数调整、刀具角度、刀尖圆角和修光刃等都有严格的要求。
山高的解决方案是:采用陶瓷刀片切削,修光刃刀片用CBN且高度可调,再结合适当的加工参数,满足了粗糙度要求(图2);刀片8个刃口,有效地节约了刀具成本。
图2 山高面铣刀R220.30-0100-12CT/ 75068851
缸体止推面:发动机缸体止推面对表面粗糙度、厚度公差要求较高,尤其对与曲轴孔的垂直度要求严格,这些要素会影响曲轴的轴向窜动量。同时,止推片的磨损会影响前端面的轮系共面度。如果轴向间隙小,止推片磨损快,会影响发动机的效率;如果轴向间隙大,会导致发动机振动、换挡冲击等问题。
然而,对缸体止推面部位的加工,通常深度较大,导致对刀具的刚性、防振性和切削稳定性的要求较高,刀片间距必须可调整。
山高的解决方案是:根据零件图纸和3D模型,选用尽可能短而粗的刀杆,以提高刀具的刚性(图3);采用防振刀柄,完全避免了刀具振动问题;采用CBN刀片,提高了刀具的寿命、切削稳定性以及加工节拍;刀具轴向可调、径向可调且刀尖距离可调,完美地保证了止推面各尺寸的公差。
图3 山高三面刃铣刀R335.18-D73W23Z5L250-HSK100/ 03236326
缸孔:发动机缸体的缸孔内部形态,是决定发动机排放、油耗和整机寿命的关键因素,因此,对粗糙度和圆度的要求非常高。但是,由于缸孔较深,要保证从孔头到孔底的整个缸孔拥有一致的粗糙度和圆度,并非一件易事。而且,4个缸孔的切削长度加起来很长,对加工节拍的影响较大。
山高的解决方案是:采用CBN刀片加工,有效地保证了加工节拍,延长了刀具寿命(图4);用刀体作支撑条,有效地保证了缸孔从入口到出口的整体圆度的一致性。
图4 山高导条精镗刀A780-75.4-BT50/03329842


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缸盖精加工难题及山高攻略
顶面和底面:发动机缸盖的顶面和底面,分别是与凸轮轴盖和缸体顶面的结合面,对表面粗糙度要求较高,而且生产节拍要快。加工这两个部位,刀尖的轴向高度一致性要好,刀片材质的硬度要高。
山高的解决方案是:采用PCD刀片以很高的线速度来保证高节拍、高寿命(图5);刀尖轴度可调,可靠地保证了零件表面的粗糙度和加工的稳定性。
图5 山高面铣刀PMC-8200.60-24A-AL/03254885
导管座圈:发动机缸盖的导管座圈是一个关键部位,主要用于确定气门位置,确保气门有效散热,这对于保证发动机的工作性能、降低油耗影响很大,因此,其对材料、尺寸精度以及导管与座圈的同轴度等都有严格的要求,这对刀具带来的挑战是:门线角度要高度精确(图6),然而,固定刀片通常难以稳定地确保角度的精确度;导管与座圈的同轴度要高,这要求刀具要具有很高的刚性和精度;粉末冶金材料会影响刀具寿命,并对加工参数提出了很高的要求。
山高的解决方案是:导管孔加工采用PCD铰刀带支撑(图7);座圈孔加工采用CBN刀片带角度精密调整;可调法兰刀柄(图8),用于有效地调整主轴与刀具的相对跳动,保证了加工精度。
图6 山高刀具加工零件示意图
图7 山高精铰刀体GSA-44613/03254574
图8 法兰可调刀柄23405-100-002/02574394
凸轮轴子孔各档:发动机缸盖的凸轮轴子孔各档主要用于确保凸轮轴的稳定旋转,因此对同轴度、粗糙度和圆度的要求较高。然而,凸轮轴孔通常较长,从而要求刀具的刚性要好,在加工过程中变形要小。此外,各档同轴度要求高,导致对刀杆的直线度、导条的直线度、圆度和热变形等的要求很高。显然,超长的刀具(图9)对刀具供应商的整体制造水平是一个综合考验。
山高的解决方案是:利用可调法兰刀柄,有效地调整了主轴与刀具的相对跳动,保证了加工精度;丰富多样的PCD刀片刃口和槽形选项,确保了加工中可根据不同的尺寸孔径来选择最恰当的刀片;山高成熟的刀体热处理和焊接工艺,保证了刀体质量的稳定性。
           
图9 山高导条铰刀导引铰刀BF-22.7-23-AD70-pilot-BF38455/03000424和山高导条铰刀精铰刀BF-22.7-23-30-AD70-fin-BF38456/03000434
喷油嘴孔:发动机缸盖的喷油嘴孔主要用于保证油轨位置的正确性,对表面粗糙度和锥度形状有较高的要求。但是,较长的锥度导致切削刃口与零件的接触距离长,切削力大,从而对刀具的角度设计、材质选择和整体刚性都提出了较高的要求。
山高的解决方案是:根据零件的实际情况,选择合适的刃口角度及分屑槽,如图10、图11。同时,其成熟的PCD刃口制造工艺确保了刀片的寿命和加工稳定性。
图10 山高精铰刀HM-6C4-16-20R1/03306585
图11 山高精铰刀HM-6C4-16-20R1/03306585


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结语
山高的刀具解决方案帮助这家企业有效地实现了精密稳定的缸体缸盖精加工。这家客户评价说:山高的刀具解决方案技术成熟度高,加工质量稳定可靠,而且售后服务及时。


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