汽车发动机汽缸体缸孔双轴精镗加工工艺

汽车制造技术AUL0MANUFACLUINGTECHN0L0IGY汽车发动机汽缸体缸孔双轴精镗加工工艺肖铁忠罗静龚文均詹捷赵勇重庆理工大学汽车零部件制造与检测技术教育部重点实验室，重庆400054摘要针对某汽车发动机缸体缸孔加工设备与工艺要求，对国内外缸孔镗削加工中心与专用机床发展情况进行了对比，分析了应用最广泛的两种缸体JJR生产线的优劣，选择了汽车企业与机床厂商均优先考虑的“混合型柔性自动线”，设计了缸孔加工专用镗床、专用夹具及工艺。通过机床的试制与缸孔JJNR实验，测得缸孔各项精度均达到了设计指标，最终在某企业得以投产。关键词发动机汽缸体缸子L专用镗床精镗工艺中图分类号TK2631文献标识码AAUTOMOTIVEENGINECYLINDERBLOCKCYLINDERBOREBIAXIALFINEBORINGPROCESSXIAOTIEZHONG，LUOJING，GONGWENJUN，ZHANJIE，ZHAOYONGKEYLABORATORYOFMANUFACTUREANDTESTTECHNIQUESFORAUTOMOBILEPARS，MINISTRYOFEDUCATION，CHONGQINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，CHONGQING400054，CHNABSTRACTAIMINGTOANAUTOMOBILEENGINECYLINDERBLOCKCYLINDERBOREPROCESSINGEQUIPMENTANDPROCESSREQUIREMENTS。THISPROJECTCOMPAREDTHEDEVELOPMENTOFTHECYLINDERHOLEBORINGMACHININGCENTERANDSPECIALMACHINEINHOMEANDABROAD，ANDITANALYZEDTHEPROSANDCONSOFTHETWOCYLINDERPROCESSINGPRODUCTIONLINEWHICHISUSEDTHEMOSTWIDELYITCHOSETHE“HYBRIDFLEXIBLEAUTOMATICPRODUCTIONLINETHATCOMPANIESANDMACHINEMANUFACTURERSCONSIDERPRIORLY，DESIGNEDASPECIALBORINGMACHINEOFCYLINDERHOLEMACHINING，SPECIALFIXTURESANDPROCESSTHROUGHTHETRIALOFTHEMACHINEANDCYLINDERBOREMACHININGEXPERIMENT，THERESULTOFTHETESTSHOWSTHATTHEPRECISIONSOFTHECYLINDERBOREREACHEDTHEDESIGNINDEXEVENTUALLY，THISPROJECTWASPUTINTOOPERATIONINANENTERPRISEKEYWORDSENGINECYLINDERBLOCK；CYLINDERBORE；SPECIALBORINGMACHINE；FINEBORING，IPROCESS发动机是汽车的五大部件之一，是汽车的心脏，直接决定汽车的性能，所以对发动机的要求较高。汽缸体是发动机的关键部件，在汽缸体缸孔的加工过程中，精镗涉及到的尺寸精度与形位误差将直接影响发动机的各项性能。过去，由于我们国家没有掌握缸孑L精镗专用机床与加工中心的核心技术，而不得不从国外购买这种用于加工汽车发动机汽缸体缸孔的专用镗床及加工中心，因为技术垄断，这些机床的价格往往非常昂贵。十几年来，通过各机床厂商、汽车企业与各高校的共同努力，取得了一定的进步，但是由于工艺、技术等问题，研制的机床并不尽如人意。通过多年的研究试制，我们实验室团队人员在汽缸体缸孔加工技术上取得了较大的进展，开发研制的精镗缸孔双轴精密镗床处于国内领先水平，完全可以替代这类机床的重庆市教委高校优秀成果转化资助项目KJZH08214128进口。1主要参数及技术难点分析11主要参数汽缸体名称4缸直线型汽缸体材料牌号HT250工件外形尺311MMX298MMX237MM缸孔尺寸直径55MM，深度118MM工件硬度179247HBW工件质量3012技术难点分析企业对汽缸体缸孔的尺寸精度及形位误差提出了较高要求，给出了图样，见图1。首先对其技术难点进行分析1四缸孔4XQB655MM的形状位置公差要求较严格，既要保证四缸孔圆度0008MM、圆柱度0008MM，又要保证缸孔轴线对曲轴孔公共轴线的垂直度004MM。2四缸孔直径要求655002MM。3四缸孔珩磨后的表面粗糙度要求R032TXMO要达到以上所有的技术要求，加工难度很大。图1技术图样2缸孔精镗加工工艺选择在缸体加工中，缸孔精镗涉及的各项精度将会直接影响发动机的性能，因而企业在规划这道工序时会结合企业及产品实际情况而选择最合适的方案。缸孔精镗加工工艺选择涉及到加工设备、镗削工艺、镗刀等因素。目前，缸体加工生产线应用最广的有两种，一种是完全由加工中心组成的自动缸体线；另一种则是由组合专用机床和加工中心相混合的柔性线，即“混合型柔性自动线”，这种生产模式为众多汽车企业与机床厂商看好并优先采用，其优点是既具有相当的柔性又具有较高的生产效率，采用这种模式加工缸体时，缸孔的镗削工序由专用镗床完成_4。本课题缸体生产线采用的是“混合型柔性自动线”，即设计缸体缸孔加工专用镗床，缸孔的镗削工序图2缸孔双轴精镗加工专用镗床由此专机完成。本课题设计的缸孑L专用镗床见图2。镗孑L是箱体类工件中加工孔的常用工艺方法之一。对于长径比较小的孔，传统的工艺一般是采用刀一OAUL。MANUFACLULNIGTECHN。I。GY汽车制造技术具从工件的一端镗进，这是一种非常经济且应用极为广泛的孔加工方法。对于长径比较大的孔，如果采用传统工艺加工缸孑L，由于镗轴呈悬臂状态，镗削时，由于镗臂的悬伸量较长，很容易造成被加工孔尺寸精度和形位精度超差，因而不采用这种加工方法，一般采用调头镗孔的方法J。此缸体缸孔的孔径比为18，孔径比较小，故采用刀具从工件的一端镗进的传统工艺。为提高生产效率，将镗床设计为双镗头的专用立式镗床。镗削过程示意图见图3。葑R豳RL；垦；。；一_N。,8台甘一口，F图3加工过程示意图由于缸孑L精镗后尺寸精度及形位精度要求均较高，在此专机上配备了带自动补偿系统的镗头，用以改善和提高缸孔加工质量。为进一步提高缸孔加工质量，减小切削热带来的缸孔尺寸与形位偏差，提高切削速度，延长刀具使用寿命，缸孔精镗时采用湿式加工。3缸孔精镗加工工艺设计31基准的选择合理正确地选择定位基准，是保证缸孔加工精度及提高加工生产效率的前提。工件定位基准的选择一般有以下4方面的基本原则E6711尽量使用工件上的设计基准作为定位基准，可以避免因基准不重合而引起的定位误差，保证加工精度；2确保工件一次装夹能完成尽可能多的关键部位的加工；3属于批量加工时，对刀基准与工件定位基准重合；4工件必须多次安装时应遵守基准统一的原则。129汽车制造技术AUL0MANUFACLURINGTECHN0L。GY依据以上原则并结合缸孔加工实际，缸孑L精镗加工时采用“一面两销”作为定位基准，限制缸体的6个自由度，如图4。钮图4定位基准示意图32切削参数与切削用量的确定321切削速度的选择考虑到所用机床为高精度、高速度镗削专用机床，精镗时采用CBN立方氮化硼刀具，查阅刀具手册，选取切削速度400MRAIN。322机床主轴转速的确定主轴转速的计算公式为_8N1O_00V1N一LIJ1TD式中N为机床主轴转速，RMIN；D为刀具直径，MM；为切削速度，MRAIN。式1中刀具直径D655MM，将选取的数据代人式1，可以算出机床主轴转速N194486RMIN。323进给参数的确定根据高速镗削及精镗缸孔的特点及要求，选取较小的进给量与背吃刀量，选取进给量厂015MMR，背吃刀量口01MM。镗削时，进给速度计算公式为2式中为进给速度，MMMIN；N为机床主轴转速，RRAIN厂为进给量，MMR。将选取的值代人式2，可以得到进给速度2917MMMIN。33工艺过程由于被加工缸孔的长径比较小，采用刀具从工件的一端镗进的传统工艺方案。工序简图见图5。精镗时采用汽缸体底面及底面两销孔定位见图4，采用气压自锁式夹具夹紧，图5中Q为主视图气缸压紧。精镗工序的简要过程是上料，工作台进入1、3孔加工区，完成1、3孔精镗加工至65UN002MM见图6，刀具退出，工作台移动至2、4孔加工区，完成2、4130孔精镗加工至6655；FILM见图6，刀具退出，工作台退回原点，进入下一道工序。L匪IQL一O04LFGTO。,一IIF摧6L_J8N丽FLI哥1图精镗工序筒图LLI，、嘧气L3FL口N乍台口目U。结语图精镗缸孔加工示意图通过机床的成功试制，并对汽缸体缸孔进行加工实验，经过实测，缸孔的尺寸精度与形位精度均达到了图纸设计指标，机床投入使用一年多以来，各项性能均保持良好。缸体生产线项目在重庆某机械制造企业实施后，汽车发动机缸体生产线的生产节拍为2件，缸体年生产量达到12万件，产值达到约12亿元，由于经济效益显著及生产线的成功研制，企业随即投入第二条生产线，实现了汽车发动机缸体大规模生产。参考文献朱正德补偿型镗刀在发动机精镗工序中的应用J天津汽车，康来明发展数控机床，提升汽车零部件制造水平J现代零部件，一张树礼汽车发动机缸体缸孔精加工技术金属加工冷加工，24朱正德专机加工中心工艺选择案例的启示J现代零部件，43942等等、堍；O平幂朋AUL。MANUFACLUFINGTECHNO10GY汽车制造技术全球汽车业处于材料革命前夜陈长年钟志平陆辛机械科学研究院，北京100044IMPORTANTINNOVATIONWILLOCCURINGLOBALAUTOMOBILEINDUSTRYCHENCHANGNIAN，ZHONGZHIPING，LUXINCHINAACADEMYOFMACHINERYSCIENCETECHNOLOGY，BEIJING100044，CHN2012年9月，机械科学研究总院李新亚院长率领机械院、一汽公司、东风汽车公司、大连理工大学12名专家，赴美国进行汽车轻量化制造技术调研与交流。访问了俄亥俄州立大学OSU、通用汽车公司研发中心汽车轻量化材料部门GM、底特律中国工程师协会材料委员会，美国蓝石公司、MAG公司等。大家认识到，世界汽车业正处于材料革命前夜。1全球汽车产业处于材料革命前夜11概述汽车工业对全球工业经济和社会发展具有举足轻重的作用。然而，随着世界范围的能源匮乏、生态环境持续恶化和可持续发展的硬性要求，汽车行业燃油经济性准人门槛越来越高。美国轿车日本欧洲中国乘用车图12010年世界各国汽车燃油效率限额过去的20年，美国政府对汽车燃油消耗，要求每年降低1。而20102025年则每年要求降低4。2010年4月美国公布了新的汽车燃油经济性标准，规定截至2016年汽车平均燃油效率要达到66L100KM，该标准较美国现行标准压缩26L，2011年6月份又提出到2025年，达到418L100KM。轻量化已成为车企发展的目标图1。GM公司提出，供应商的零部件每减重1KG，公司愿意额外支付36美元。大量研究表明，约75的油耗与整车质量有关，降低汽车质量，就可有效降低油耗以及排放。汽车质量每下降10，油耗下降68，排放降低4图2。豆碍较宴肇互8军质量KG图2车重与定速燃料效率的关系汽车是人类文明发展的重要见证物，它伴随着材料的发展而发展。从最开始的自然材料木材，到后来的铸铁、中碳钢、高强度钢、轻质金属、复合材料的使用，每一次材料应用的创新都会带来汽车技术的飞跃，可以说是一代材料，一代汽车。目前在美国，关于未来汽车