淺談發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸孔和曲軸子L的加工工藝
2018-1-16 來源： 浙吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī) 寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī) 作者：史丁丁 朱葛明 羊奎 王瑞平
摘要：為保證凸輪軸和曲軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)并擁有良好的動(dòng)力輸出環(huán)境．發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的曲軸孔和缸蓋的凸輪軸孔必須具有高的精度。為提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸孔和凸輪軸孔的機(jī)械加工工藝方法進(jìn)行了研究，通過對(duì)加工工藝方法、設(shè)備精度和工裝夾具的可靠性進(jìn)行改進(jìn)．保證了兩軸孔孔隙的尺寸精度、形狀精度和位置精度，加工質(zhì)量和效率得到有效提升。
關(guān)鍵詞：曲軸孔 凸輪軸孔 工藝方法 同軸度 鏜桿
隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車心臟，其性能要求也更加苛刻。凸輪軸作為進(jìn)排氣機(jī)構(gòu)的主要?jiǎng)恿?，曲軸作為整機(jī)動(dòng)力輸出的主要機(jī)構(gòu)，兩者對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能起到關(guān)鍵的作用。為保證凸輪軸和曲軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)并具有良好的動(dòng)力輸出環(huán)境，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的曲軸孔和缸蓋的凸輪軸孑L必須具有高的精度。由于凸輪軸孔和曲軸孔的長(zhǎng)度和間隔性的特點(diǎn)．其加工在發(fā)動(dòng)機(jī)制造行業(yè)仍是一個(gè)比較棘手的難題。筆者旨在探討兩軸孑L孑L隙的精度要求和在加工過程中的工藝方法、影響因素、失效模式以及質(zhì)量控制方法等。
1 、凸輪軸孑L和曲軸孔的技術(shù)要求
4G發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋材料為鑄鋁．缸體材料為鑄鋁和鑄鐵混合材質(zhì)，參數(shù)見表1。由于發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)6 ooo r／min以上。兩軸的高速運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)兩軸孔孔隙技術(shù)條件有很高要求，詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見表2和表3。
表l 材料參數(shù)
表2 凸輪軸孔主要技術(shù)參數(shù)
表3 曲軸孔主要技術(shù)參數(shù)
2、 凸輪軸孔和曲軸孔的加工工藝
凸輪軸孔結(jié)構(gòu)如圖1所示，曲軸孔結(jié)構(gòu)如圖2所示。對(duì)于普通的四缸機(jī)型來說，凸輪軸孑L和曲軸孔均為五擋的長(zhǎng)孔加工，其相似的精度要求和結(jié)構(gòu)決定其加工方法具有相似性。
2．1 凸輪軸孔和曲軸子L的加工結(jié)構(gòu)分析
從兩者結(jié)構(gòu)圖可以看出，它們直徑大小不一樣，均為五擋通孔式，整體結(jié)構(gòu)相似。曲軸孔缸體為開放式，凸輪軸孔缸體一端為封閉狀態(tài)，刀具無法實(shí)現(xiàn)在整個(gè)缸體上的貫通，導(dǎo)致在加工方式上會(huì)存在一定差別。
2．2加工工藝方法
曲軸孔和凸輪軸孑L的精加工是缸體和缸蓋加工過程中的關(guān)鍵工序，其尺寸、形狀和位置精度直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及壽命，所以兩軸TL-子L隙的加工工藝方案會(huì)涉及到設(shè)備、刀具和加工方式等。
(1)工件定位夾緊。工件的正確定位是保證加工精度的基礎(chǔ)，凸輪軸孔和曲軸孔的加工采用一面兩銷定位，用液壓夾緊可以保證工件定位位置不變。
(2)刀具的選擇。目前兩軸孑L孔隙的加工主要采用單刃組合鏜刀加工，單刃鏜刀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工穩(wěn)定性好，加工表面具有良好的光潔度，在較高精度的擴(kuò)孔加工中得到廣泛應(yīng)用 。
為了保證同軸度，兩軸孔加工均采用5個(gè)單刃鏜刀組合在1個(gè)鏜桿上，對(duì)鏜桿的剛度要求提高了，采用硬質(zhì)合金材質(zhì)可以達(dá)到剛度要求。鏜刀片也采用硬質(zhì)合金材質(zhì)，以提高切削效率和刀具壽命。曲軸孑L鏜桿具有內(nèi)冷結(jié)構(gòu)，而凸輪軸鏜桿由于直徑較小，為提高其強(qiáng)度，將內(nèi)冷集成在導(dǎo)套上。
(3)加工方式。凸輪軸孔的一端為封閉，采用刀具從缸體另一端進(jìn)刀的方式進(jìn)行加工．但由于鏜桿的懸伸量較大，對(duì)刀具采用在1、3、5擋用3個(gè)導(dǎo)套支撐的方式．如圖3所示。
曲軸孔兩端均為開口方式，可以采取兩端支撐，從一端進(jìn)刀的方式。如圖4所示。
曲軸孑L和凸輪軸孔在加工中的進(jìn)刀方式均為1、3、5擋進(jìn)行推鏜方式加工，2、4擋采用拉鏜方式加工，以減少刀桿在加工過程中的受力。
2．3加工影響因素
兩軸孑L孔隙的精加工精度要求較高，除了工藝上加工余量、毛坯缺陷等因素的影響外，機(jī)床環(huán)境因素也會(huì)在一定程度上影響精鏜的加工。
(1)導(dǎo)套過定位的影響。高速運(yùn)轉(zhuǎn)的鏜桿在加工凸輪軸孔過程中，加工材料材質(zhì)相同，鏜桿受力均勻，鏜桿自身會(huì)起到自導(dǎo)向作用，在不受外力影響的情況下，它繞著同一條軸線運(yùn)轉(zhuǎn)。這就要求導(dǎo)套在起輔助支撐作用時(shí)要與夾具支架保持較好的間隙，不可過大亦不可過小，使導(dǎo)套在支架中有一定的活動(dòng)量。間隙太小鏜桿運(yùn)轉(zhuǎn)受影響，間隙過大失去了導(dǎo)套自身的導(dǎo)向作用。
而曲軸孔的加工不同于凸輪軸孑L，鏜桿在加工過程中。加工材料材質(zhì)不同，曲軸孔為兩端支撐，在鏜桿剛度滿足要求的前提下，要保證鏜桿兩端在一條軸線運(yùn)轉(zhuǎn)。所以曲軸孔加工時(shí)，對(duì)導(dǎo)套活動(dòng)量要進(jìn)行限制，壓縮因?yàn)榧庸げ牧喜馁|(zhì)不同造成的鏜桿彈性變形[2j。
(2)內(nèi)冷壓力和過濾精度的影響。在曲軸孔的加工過程中，前后導(dǎo)套均由軸承支撐，受外界冷卻液因素影響較小。而凸輪軸孔和導(dǎo)套之間靠冷卻液潤(rùn)滑，這就對(duì)冷卻液壓力和過濾精度有一定要求。內(nèi)冷壓力過小不利于切削熱和切屑的排出，造成導(dǎo)套磨損，加工精度丟失。過濾精度對(duì)于兩者同樣重要，過濾精度低，粗的鋁屑會(huì)劃傷加工表面和導(dǎo)套。
3、凸輪軸孔和曲軸孔加工的失效形式
曲軸孔和凸輪軸孑L作為發(fā)動(dòng)機(jī)缸體兩大重要部位，其加工質(zhì)量直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)性能，兩者加工質(zhì)量不滿足要求都會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能造成直接的影響。
(1)直徑超差。直徑過小會(huì)增加兩軸在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦．嚴(yán)重情況下會(huì)造成兩軸抱死或劃傷；直徑過大則會(huì)造成軸的竄動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。直徑超差可調(diào)節(jié)鏜刀片的高度進(jìn)行修正。
(2)圓度、圓柱度超差。圓度、圓柱度超差會(huì)使主軸頸旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生跳動(dòng)，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門開度和曲軸的動(dòng)力輸出。圓度、圓柱度精度的加工質(zhì)量由刀桿本身剛性來決定。減小刀桿運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的跳動(dòng)和提高刀桿剛度，可以保證圓度和圓柱度的尺寸要求。
(3)同軸度超差。即5個(gè)孔的中心不在同一條軸線上。會(huì)導(dǎo)致軸旋轉(zhuǎn)時(shí)受力不均而產(chǎn)生軸瓦加速磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成軸抱死。同軸度的超差主要由刀桿剛性和機(jī)床本身的精度低造成，提高刀桿剛性和機(jī)床精度，可以改善同軸度的超差。
(4)位置度超差。位置度超差分為軸在軸線方向偏移或傾斜及垂直方向偏移或傾斜兩種情況。當(dāng)EHj軸孔中心不在4個(gè)缸孔軸向中心線上時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)敲缸情況，且曲軸旋轉(zhuǎn)中心偏離缸子L中心會(huì)導(dǎo)致活塞上下止點(diǎn)偏移．改變?nèi)紵胰莘e使壓縮比發(fā)生變化[3j。凸輪軸孔發(fā)生偏移或傾斜會(huì)造成4個(gè)缸配氣不同。發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)或加速挺柱孔偏磨。位置度超差主要由夾具定位不準(zhǔn)確造成．可以通過改善夾具設(shè)計(jì)及定位基準(zhǔn)解決。
4、結(jié)束語
通過對(duì)曲軸孔和凸輪軸孔失效形式的了解，可以認(rèn)識(shí)到兩軸加工對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能所起到的重要作用。綜合考慮加工工藝、刀具和加工設(shè)備在技術(shù)整改過程中積累的加工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合目前的先進(jìn)加工技術(shù)，筆者介紹的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸孑L和凸輪軸孔的加工方法，具有很高的實(shí)用價(jià)值。采用上述加工方法，兩軸孔加工均能很好地滿足技術(shù)要求，并且加工精度長(zhǎng)期穩(wěn)定，解決了缸蓋和缸體加工過程的兩大難題，生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能有了進(jìn)一步提升。
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