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          現代機床雜志 2024 第一期

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          首頁 ? 技術前沿 ? 直列四缸內燃機缸體加工工藝的探討

          直列四缸內燃機缸體加工工藝的探討

          直列四缸發動機相對于V型發動機,缸體的缸孔中心排列于一直線平面內,稱直列發動機。在當今車用中小排量汽車發動機中直列發動機占絕對優勢。

          探討直列四缸發動機的缸體加工工藝具有普遍意義。

           

          一、組合機床自動線生產線

          在我國汽車產業發展的初期,由國內機床廠制造的組合機床自動線,代表當時我國機床制造的水平,組合機床的特點是多主軸同步加工生產效率高,但是存在設計主軸箱布置主軸時,主軸與主軸之間距離受規定值的限制,只能大于規定值不能小于規定值,否則影響主軸箱的強度。所以對于缸體側發電機調節支架的安裝螺孔組孔距太小,就必須分兩臺組合機床來加工。兩臺機床加工,存在兩次定位,加工誤差不能滿足有嚴格要求的安裝孔組的孔距要求。

           

          生產線機床數量增加,使鋪設的生產線加長。組合機床自動生產線另一個缺點是不能增加和減少生產線的工步。對于改進產品性能需要增加和減少工序成為不可能,必須在組合機床自動生產線外增加設備來完成,所以組合機床自線動現在已從汽車制造業生產線近乎全部退出。

           

          二、全部由加工中心機床組成的柔性全自動生產線

          全部由加工中心機床組成的柔性全自動生產線是現在生產線的頂級,我國汽車產業在急于發展的高峰期由國內汽車制造業從國外引進,它的生產效率高,生產的穩定性好,生產線的調節性好。但是資金投入大,相對生產成本也高。它的不足的是國外配件的供應周期長,一旦出現故障,恢復生產需要時間也長。

           

          三、組合機床與加工中心組成的混合生產線

          組合機床的特點是加工生產效率高,能平衡生產線的節拍,能適應重切削的工序如曲軸孔兩側8個面同時加工,一次進給走刀完成。

           

          1 立式組合機床主軸與銑刀配置圖

           

          加工中心是單軸加工,不受加工孔距的限制,如側面發電機支架安裝螺孔加工,一組多螺孔,孔的中心距離小,但是加工中心可在一道工序中完成,而且有可減少或增加工步的功能,能適應產品不斷改進的要求。兩種各有特點的機床組成的混合生產線,非常適合我國汽車市場多品種小批量的要求。

          上海華普發動機公司479缸體生產線就是這樣混合模式的典型。下面一一介紹。

          479Q缸體生產線2003建成當年投產,年產50000臺發動機,2006年二期擴大生產設備完成后,年產達100000臺發動機,加工中心機床增加一倍。由于組合機床高效率能滿足生產節拍,組合機床沒有增加。

          479Q缸體生產線整體指標達到設計要求,但是還存在以下不足:

          缸體生產線的缸體,工序完成后個別成品出現頂面精銑不出,報廢。

          同樣,造成缸孔珩磨后,壁厚不等,一邊厚,一邊薄,報廢。以上兩個問題與工序a) 半精銑頂面,半精鏜缸套孔b)精銑頂面,精鏜缸套孔C)珩磨缸套孔有關。珩磨缸套孔珩磨頭是以缸套孔本身為導向,余量很小,可以排除。a),b)兩工序都是以底面和兩個φ14H7定位孔定位加工的??赡芘c選擇加工精基準有關。

          出問題的原因分析:精加工后的精基準底面與頂面平行度誤差太大,頂面原始余量不足以包容(精基準)底面對頂面平行度誤差時,是最終發生個別缸體報廢的原因。先從加工精基準工藝流程查找。檢查可能與加工精基準有關的工序。

          工序安排:

          O p - 10選擇1、4毛坯缸孔和毛坯底面定位,精加工過度基準即缸體側面上面兩個小平面(距缸孔中心55±0.05)和下面兩個小平面(距缸孔中心62±0.05),以及同側兩個出砂孔φ35H7到尺寸。

                     

          2 缸體過度基準是上面兩個小平面和下面兩個下平面及同側2-ф35H7

          砂孔

           

          這個過度基準也是國內外發動機設計公司的總體設置的,同常也被提供生產線的機床廠設計工師采用。

          筆者認為,選擇1、4毛坯缸孔作為毛基準,因為1、4毛坯缸孔是缸體結構的中心要素,選擇作為毛基準完全正確。但是選擇底面作為毛基準不當,因為在鑄造時,為了保證頂面平整結構致密,頂面向下,而底面在上,由于排氣向上,澆鑄系統的澆口就設置在底面上,切割澆口后,毛坯底面坯雖經缸體毛坯廠多次打磨,但是并不平整,它與頂面平行度誤差很大。而加工后的過度基準四個小平面和同側兩個出砂孔與頂平面也無任何位置關系。

          Op-20以過度基準來加工精基準底面和2-φ14H7定位孔。相對于頂面,由于上面兩種誤差的疊加,是造成頂面銑不出和缸孔珩磨后壁厚不等的根本原因。

          既然問題是出在加工的基準選擇上,那么如何來解決問題。

          1.我們可以從缸體本身結構來考慮,選擇1、5檔主軸承孔剖分面為毛基準(因為主軸承孔剖分面雖然是毛面,但缸體設計時是與頂面有平行度要求的)。粗銑缸體頂面。

          2.以缸體頂面和1、4缸毛坯孔為過度基準精加工底面和兩個φ14H7定位孔。

          工序安排:

          OP-10粗銑頂面。定位1、5檔主軸承孔剖分面。設備組合機床立銑機床。

          3 粗銑頂面工序圖

          OP-20精加工底面和兩個φ14H7定位孔。定位粗銑頂面和1、4缸毛坯孔。設備立式加工中心機床。

          經過這樣工藝優化,就能完全解決精基準底面對頂面的平行度工藝要求。從加工工藝學理論,因為底面和頂面互為加工基準,所以加工誤差為最小。從而也完全解決頂面精銑不出和缸孔珩磨后,壁厚不等的問題。

           

          四、結語

          專門設計過度基準是內燃機行業沿用的傳統,但是由于用粗基準加工過度基準有誤差,再加上過度基準加工精基準誤差,最后的精基準的底面對頂面平行度難以保證。

          實際生產還遇到過度基準四個小平面在缸體毛坯運送過程磕碰,還有鑄造的塌陷,小平面精銑不出,缸體無法繼續加工而報廢。同時也增加加工小平面的工時。

          為了原生產線提升方便,建議OP-10粗銑頂面的工序在生產線外進行或者由缸體毛坯廠進行OP-10粗銑頂面的加工。

          當今中國汽車已進入新能源時代,新能源汽車產量成倍的增長,但是,相對于內燃機為動力汽車的巨大的生產量和保有量,新能源汽車幾乎沒有影響。所以內燃機的生產和維修都有很大的提升空間和市場。繼續探討內燃機加工工藝課題,應該在繼承傳統工藝時,也要求突破傳統工藝,勇于工藝創新才有其現實意義。


          來源:上海華普發動機有限公司 報道:金延安
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