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点击率超高的汽车气缸体加工过程,你看过了吗?

2017/12/14 09:00   |    阅读量:2985   |    来自: MTE

【导语】 汽车发动机气缸体的形状结构复杂,技术要求高,加工工艺过程复杂、工序多,所需的刀具要求高、品种数量多。今天小编带大家来了解一下汽车发动机气缸的加工。

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汽车发动机气缸体的形状结构复杂,技术要求高,加工工艺过程复杂、工序多,所需的刀具要求高、品种数量多。今天小编带大家来了解一下汽车发动机气缸的加工。

以下这段汽车发动机气缸加工的高清视频由美国centroid拍摄,展示了发动机汽缸的各种加工工艺,在youtube上点击率超高,精彩不容错过!


气缸体是发动机的主体,它将气缸盖、曲轴箱等连接为一体,是安装活塞、连杆、曲轴以及其他重要零件和附件的支承骨架。其工作条件恶劣,需要承受大负荷的力和热,所以该部件应具有足够的强度和刚度、耐磨耐疲劳以及变形量小等特点,以保证各运动零件相互位置正确,运转正常,振动与噪声小;耐磨耐疲劳的特性则可以延长其工作寿命。

因此,对于材料的品质以及其各主要表面的加工质量、尺寸精度、形状精度和相互位置精度要求都很高。其主要加工表面有:上表面(和气缸盖接合)、下表面(通过油垫和曲轴箱接合)、前后面、缸孔、轴承盖座面、装上轴承盖与轴承后形成的曲轴孔以及作为工艺基准的平面和孔,主要的加工方法为铣、镗和钻等。

气缸盖接合面加工

气缸体的制造材料通常为铸铁,随着汽车轻量化的不断发展,近来铝制气缸体也得到了广泛使用。

为保证铝合金缸体孔壁具有足够的耐磨性,降低活塞运动中的摩擦因数,缸孔均采用内镶灰铸铁气缸套的办法。因此就形成了缸体上表面与缸盖的接合面是双金属表面,如果是V形缸体,则上表面有左、右两面为不同金属,这两种金属一个塑性较好,另一个脆性大些,铝合金切屑易黏附在刀具上,使加工表面恶化,一旦磨损很易生成毛刺,一般刚性差、易颤振;铸铁则较脆易崩口。如果加工后两者不在同一平面上,会直接影响到燃烧室的密封程度,从而影响发动机的性能。

那么如何选择合适的刀具和工艺来保证严格的平面度以及表面粗糙度要求?如何消除孔口及边缘部分的崩口、毛刺?

为解决这些问题,考虑到气缸盖接合面铝材面积较大,所以选择对铝加工切削性能好、切屑黏附性小的PCD(金刚石)刀片;对铸铁切削性能好的CBN(立方氮化硼)因对铝屑的黏附性大,未被选用。同时优化设计精加工所用带PCD刀片面铣刀的前角、主副偏角以及刀尖圆弧半径等,以均衡对两种金属的挤压力和弹性变形。

来自于瓦尔特汽车零件经理兼曲轴箱加工负责人BurkhardKrauß认为:采用PCD材质,很精密,有很多独立切削刃口,可加工成汽缸表面上带凹槽的轮廓。与螺纹一样,刀具在整个曲轴箱上开一道燕尾形凹槽。凹槽宽度范围为120~180微米,深度范围为60~130微米。凹痕很重要,通过凹痕,保持涂层金属粘附牢固。当今常用的涂层工艺(例如APS、PTWA和LDS)要求不同的轮廓或切削刀片,瓦尔特能提供所有产品。瓦尔特具有多年的PCD技术经验,能快速提供定制的解决方案。

瓦尔特——PCD粗加工刀片

汽车制造商竭力追求可控的、可预测的表面精度等级,以及更高的生产率;同时在加工每个零件的过程中,还追求刀具寿命的最大化,以及最低的工装成本。幸运的是,刀具新品——肯纳金属公司最新推出的KBDM PCD端面铣削刀具,可加工出镜面一样的精度,并且单位切削刃可加工数万个零件。

“2 - 3μm Ra的粗糙度很容易实现,刀具寿命达到40,000件缸体、缸盖,以及其它汽车零件也同样容易,”肯纳金属公司的资深产品经理Tim Marshall 这样说到。这种新型面铣刀采用密齿铝制刀体,楔块夹持以及可调式设计。同时提供多种PCD刀片,从用于轻型精加工的单刃刀片到整面修光刃,标准型刀夹刀片,以及用于重型粗加工和方肩铣削的12.7mm的轴向加工刀具。


此外,来自日本的三菱材料株式会社带来的三菱刀具,同时优化设计了精加工所用带PCD刀片面铣刀的前角、主副偏角以及刀尖圆弧半径等,以均衡对两种金属的挤压力和弹性变形。该面铣刀刀尖振摆可以通过楔块微细调整,实际生产中经过调整的铣刀连续加工上千个表面,未出现有关缺陷且气密性良好,因而获得了客户的肯定。

气缸体为了散热,结构上有很多冷却孔,加工中极易残存切屑,而使发动机冷却性能恶化,而要除去大量的切屑常费时费力,增加成本。

因此,可开发同时解决切屑处理、冷却孔积屑以及粉尘问题的铣刀附加结构。该结构通过利用离心力、工厂压缩空气的或专门的吸尘器技术的方式,解决以上的问题,客户可根据需要选用,从而达到改善生产环境、降低加工成本的目的。而铸铁制的缸体可应用的装CBN刀片的面铣刀,其中多齿数可进行大进给粗加工,以获得较高的加工质量和生产效率。

气缸缸孔加工

为保证缸孔与活塞有合适的间隙,缸孔的精度要求很高,采用多刃镗刀。粗加工用的镗铣刀刀片选用性价比高的硬质合金材料并带CVD涂层,刀片具有能降低切削负荷的断屑槽。

半精加工和精加工采用往复都可以加工的复合镗铣刀,镗铣刀往下时,相当于推镗以进行半精加工,回复时复合镗头中拉杆向上拉动联杆机构使精加工刀头伸出,一面旋转一面向上进行精加工相当于拉镗。

这种镗铣刀具有与专机配合的外径伸出调整机构,调节拉杆抽出量即可补偿精加工刃的磨损。此机构还可与专机内测定系统相联系,使加工精度和刀具寿命能达到均衡,另外,这种刀具还带有减振器可防止加工中多种因素引起的颤振。半精加工和精加工刀片选用切削速度高,耐磨性好,能长期保持高精度加工的CBN材料。

曲轴轴承孔加工

气缸体上有支承曲轴的轴承座,在其上安装轴承盖,装配后形成支承曲轴轴承的孔,该孔对工艺精度和直线度等要求非常高,曲轴安装进去,再与连杆和其他动力输出零部件连接在一起后,就可以旋转工作了。

加工这个多支承的非连续的长孔必须采用高刚性的长镗刀(杆)来加工,因为长径比大常被称为线镗刀,该刀具通常使用在专机上,以进行半精镗和精镗加工。

线镗刀分为两种:一是将半精加工的圆刀头和可调整精加工刀夹组合在一起用拉镗的方式进行加工,为提高刚性与抗振性镗杆中心插入硬质合金棒;二是既装可调整加工轴承孔径的刀夹并装上可加工轴承座端面的刀架,装上刀具后,可同时加工轴承孔和轴承座端面。

为综合考虑镗杆的刚性和回转平衡性,需要精心设计线镗(杆)刀在径向和轴向的断面结构形状,需要精心设计小镗刀伸出量调节轴承座孔加工的结构。铸铁气缸体和轴承盖接合在一起加工问题不大,铝合金气缸体和铸铁轴承盖接合在一起又会碰到双金属加工问题,轴承座在下面承载较大,需和轴瓦贴合更好,因此该方法适用于铸铁加工。

展会预告:

2018年第19届深圳机械展(SIMM)暨2018深圳国际机床展览会(MTE)刀具展区将聚集300余家专业刀具品牌莅临现场,丰富的刀具种类、多样的方案展示。集合金切机床、成形机床、机器人与智能工厂、工业零件等细分展区,针对3C、汽车、医疗等行业带来优秀切削、加工方案,为到场企业提供充沛的采购资源和技术分享。

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