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做座铸造铝合金缸盖平面的高速铣削

发布时间:2021-10-11 20:55:51 阅读: 来源:缓蚀剂中间体厂家

铸造铝合金缸盖平面的高速铣削

切削技术的飞速发展使机械加工走向了高速、高效切削,而高速加工中心的使用更加速了这一进程。最近,我们在铸造铝合金缸盖平面加工上进行了高速切削,取得了较好的效果。

零件结构及精度分析

缸盖是发动机的关键基础件之一,其上表面是罩盖安装面,下表面与缸体上表面配合,左右分别是进排气面,前面是前罩盖,后面是变速器,六个表面都是配合表面,要尺寸准确,相互垂直,既要有好的平面度,更要有低的表面粗糙度。缸盖上既有进排气道,又有油路、水道,更密布有燃烧室、进排气门导管孔、座圈孔、挺柱孔、火花塞孔及凸轮轴安装孔。六个大平面的平面度允差0.05mm,相互垂直、平行允差0.08mm,尺寸公差0.1mm,表面粗糙度Ra1.6,上下平面的铣削范围Smax=392×265.5mm2。从以上的分析可见:缸盖是结构复杂,内腔多、壁厚薄、刚性差的箱体件;六个平面精度高,形状、位置要求严格,平面加工范围大;而壁厚薄、刚性差更增加了加工难度。

缸盖的高速、高效切削涉及机床、刀具、材料等多方面,在机床、刀具、零件材料确定之后,把各方面有机地串联在一起的就是加工工艺。因此欲实现缸盖的高速、高效切削必须有科学、先进、合理的加工工艺:正确选择毛坯;合理确定工艺基准;安排精益的工艺路线;工艺参数恰当;有效而可靠地控制产品质量。

我们公司缸盖的加工设备是德国HELLER公司的高速加工中心,主轴最高转速16000r/min,X、Y、Z轴进给速度可在1~6000mm/min内随意调节,快进速度60m/min,B轴转速(360×1°旋转分度工作台)40r/min,主轴最大功率20/30k8月10日W,最大扭矩95/143Nm,X、Y、Z线性轴定位精度0.0021mm,重复定位精度0.00125mm,可见机床的功率、扭矩、主轴转速、进给速度,以及定位精度完全可以满足产品加工的要求,图1为我们的缸盖生产线。

图1 缸盖生产线

刀具的选用

刀具是机械加工中最关键、活跃的因素,它敏感地影响到加工质量和加工效率,应慎重选择。通过现场的实际加工,缸盖平面加工刀具我们选择了肯纳公司的KSCM-AluMill高速面铣刀。KSCM-AluMill高速面铣刀由钢制刀盘和铝制刀体组成,在保证足够刚性不过它和吸水率是息息相干的的前提下减轻了重量,且双金属结构减少了振动;PCD刀片具有高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数,非常适用于铝合金的高速切削;该刀具具有高金属去除率,低加工毛刺的特点,有利于提高加工效率。通过几个月的加工实践,KSCM-AluMill高速面铣刀加工效果良好。

毛坯、基准和加工余量

缸盖的材料是铸造铝合金,ZL107有良好的铸造性,铸件外观状态好、致密性好且精度高,适宜做复杂的零件,同时又具有良好的加工性,适于机械加工。考虑到缸盖内部既有油路又有水路,形状和结构复杂,机加工序多、周期长,且机加过程中不允我们的未来就大有机会许有大量的毛坯报废,因此要求铸件控制燃烧室表面不允许有任何铸造缺陷,铸件不允许有裂纹、冷格、缩孔、疏松及浇不足。为提高强度,我们增加了必要的加强筋,铸件公差按GB/T6414-CT7级。同时,我们与毛坯厂家协商,在毛坯出厂前进行预加工,渗漏检测,不合格毛坯不出厂。从而提高了进入生产线的毛坯质量和加工效率,减少了机械加工的毛坯废品,增加了成品合格率。

按六点定位原理,缸盖底面上的三个凸台为毛坯定位基准,三凸台上表面和侧面为高度和宽度方向的基准;进气侧2~3进气道中隔的对称中线为长度方向基准(实际定位面是2~3进气道侧面);为确保定位基准的精度,铸件要控制三个凸台定位表面的平面度和共面性,同时以此三个基准控制毛坯的孔系和面系的铸造位置;精基准为一面两销,实现了加工中的基准统一。提高毛坯精度,减小加工余量,是实现高速、高效切削的措施之一,在缸盖的面系加工中,我们将加工余量(单面)控制在3mm之内。

工艺路线

工艺路线不仅会影响产品质量,而且对生产效率和生产成本也会产生影响,因此必须合理安排。确定工艺路线的原则为:1. 保证产品符合设计图样要求,且质量稳定。2. 有利于发挥设备与工艺系统的效能,方便操作,物流合理。3. 尽量做到生产周期短、效率高、成本低。缸盖平面加工的具体工艺路线安排如下:

1. 以毛坯基准定位,完成顶面及二定位销孔的加工,形成顶面的一面二销的工艺基准;同时完成前后面及前后面上的孔系加工;最后以较小的余量对顶面进行精加工,以确保顶面有高的平面度和低的表面粗糙度;前、后面和顶面一次加工完成,提高了相互间的垂直精度。尤其要注意的是,由于缸盖内腔多、壁厚薄、刚性差,且是毛坯定位,因此要避免出现安装、定位变形;压紧点要合理,压紧力要适当,避免压紧变形。

2. 以顶面及其上的二销孔定位,加工底面及二定位销孔,形成底面的定位基准,同时加工底面孔系。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,以及较好的尺寸精度和较低的粗糙度。

3. 以底面及其上的二定位销孔为基准,加工两侧面,控制两侧面的平面度、垂直度、位置度和表面粗糙度,加工两侧面的孔系。

工艺参数、加工精度

缸盖六个平面,粗铣及精铣,切削速度V=2500~3000m/min,每齿进给量Fz=0.12~0.15mm/z、进给速度Vf=11.5~15m/min。加工后对零件进行检测,平面度误差最大不大于0.02mm,最小仅0.0034mm,上下面平行误差最大为0.05mm,上下面、前后面相互垂直误差仅为0.03mm,表面粗糙度Ra0.8。可以说,缸盖的平面加工完全满足产品的精度要求,平面度最大误差仅为公差的40%,上下平面的平行度误差较大也仅是公差的62.5%。

欲确保平面加工质量,刀具必须锋利,且切削角度合适,尽量减少轴向加工抗力,否则将产生振动,加工表面会出现振纹,破坏加工精度,使表面粗糙度变坏。其次,要切削适当余量,尤其是修光刃修光余量,应能保证充分修掉精铣刀痕,使加工表面的平面度更好,粗糙度更低。为确保平面加工的质量,还应着眼于影响加工的整个系统。例该复合材料是由氧化铝陶瓷纳米层与石墨烯组合如,我们在缸盖加工中,曾发生第一凸轮轴孔在锁瓦槽位置有较深划痕(见图2),检查刀具,既没有切削瘤,切削刃也没有豁口,最后发现切削液的滤纸变了,新滤纸薄且滤孔较大,滤过的切削液出现了很多以前没有的颗粒,从而说明换滤纸使切削液过滤效果变差,刀具挤压切削液中的颗粒将孔划伤。划痕之所以出现在锁瓦槽处,是因为该处切削液有回流积存了较多颗粒。更换滤纸后,切削液中的颗粒没有了,凸轮轴的内孔划痕也不见了,如图3所示。

图2 内孔有一环形划伤

图3 换滤纸后划伤消失

结语

目前,长城汽车已经实现了缸盖的平面高速、高效加工,但这仅仅是第一步,就缸盖加工而言,还有凸轮轴孔加工,气门座圈孔、导管孔加工等,要解决的问题还有很多,要学习的东西更多。接受新事物,学习新知识,是我们一贯的态度。让我们着眼全局,注重细节,切实搞好高速、高效加工,降低成本,努力为企业创造更大的效益。

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