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发动机铝合金缸盖加工断屑问题分析

 论文栏目:铝合金论文     更新时间:2017/7/13 15:38:02   

摘要:主要探讨基于某发动机工厂的铝合金缸盖,在加工过程中产生的大块铝屑问题,进行了一系列解决措施的验证,最终确定断屑的方案,以期对其他工厂类似铝合金产品加工问题起到借鉴作用。

关键词:铝合金缸盖;断屑

缸盖是发动机的主要部件之一,现代汽油发动机缸盖一般采用铝合金铸成,因铝合金缸盖具有重量轻,强度高,易加工,导热性好等特点,有利于提高压缩比,以便更好地承受热负荷和机械负荷。铝合金缸盖在加工过程中易产生较大的铝屑,当铝屑进入水套后极易被卡住,在发动机运行过程中,铝屑掉落会造成发动机漏水,无法正常工作。因此,必须采取措施将铝屑变小,使清洗机能够将铝屑冲出缸盖。

1铝屑问题现状

某发动机工厂缸盖为薄壁铝合金铸件,加工工艺主要有铣面、钻孔、铰孔、镗孔、攻丝、气门导管和阀座加工等。由于铝合金缸盖材料偏软,加工产生铝屑块大,尤其在缸盖粗加工,关于铝屑质量问题尤为明显。通过收集统计发现,进入水套大块铝屑主要是加工弹簧座圈面时产生。弹簧座圈面加工工艺:利用组合钻头进行切削,9.53mm钻头预钻气门导管底孔,25mm切削弹簧座圈面。由于切削弹簧座圈面刀片较宽,产生铝屑较大,如图1所示。

2切屑的形成

由金属切削原理可知,金属切削过程就是被切削金属层在刀具切削刃和前刀面的作用下经受挤压而产生剪切滑移变形的过程。在加工韧性材料时,被切削材料是经过第一变形区和第二变形区的变形后从刀具前面脱离而变为切屑的。为简化起见,通常用OM线来代表第一变形区,用OO'代表第二变形区,如图2所示。根据金属材料的强度理论,使连续切屑折断的条件是,加于切屑上的变形应力大于切屑材料的断裂强度极限。按照切屑的形成过程及折断条件,可将断屑方法归纳为在第一变形区内断屑、在第二变形区内断屑、在第一二变形区之外断屑、变进给断屑。如果切屑经过第一变形区变形后没有折断,继续流向第二变形区。若在第二变形区内使切屑的变形量突然增大,就可能使切屑折断。

3大块铝屑断屑方法

3.1优化刀具切削参数

进给量大小是决定切屑厚度的主要因素,即进给量越大,铝屑厚度越厚,进给量越小,铝屑越薄,较薄的铝屑由于其抵抗弯曲的能力大而不易折断,较厚的铝屑由于其抵抗弯曲的能力小从而容易折断。我们对于产生的大块铝屑,验证不同切削参数下铝屑的断屑效果,从表1可以看出,单纯的优化切削参数,未能彻底解决大块铝屑问题。

3.2刀具增加断屑槽

断屑槽断屑是利用材料的加工硬化和受冲击、受挤压而达到破坏强度的原理来断屑的。刀片断屑槽能使切屑按照预先设定的方式进行卷曲、流动和折断,使其形成可接受的良好屑形,从而实现对切屑的有效控制[1]。现在使用的钻头为通用钻头,我们设计在加工弹簧座圈面的刀片上开断屑槽来改善铝屑形状。通过现场验证,对于铝屑的断屑效果很好,铝屑宽度由7.7mm减小到3.8mm和2.1mm,如图3所示。

3.3分段进给

根据被加工材料的性能,选择大的每齿进给量,以增大切屑在第一变形区的变形而达到挤裂切屑的目的,这往往是在不合理的切削条件下实现的。对于切削性能较好的材料,虽然在加工中采用断屑槽可得到断屑,但磨好的槽型不能调整,只能采用规定的切削用量进行切削,这往往会影响工作效率,同时增加硬质合金的消耗量和刃磨工作量,使刀具寿命降低,产品的工艺成本提高。在切削加工中,切屑宽度主要决定于切削深度,而切屑厚度主要决定于刀具的进给量。切削深度一般在切削中是不变化的,所以切屑宽度在一次切削中基本为常数。如果能改变主轴在一转之内的进给量,即让刀尖的运动轨迹为一曲线,并调整工件相邻两转刀具运动轨迹的相位就可能使产生的切屑厚度发生变化,从而产生厚薄不均的切屑。经过适当调整可使进给量能周期地变为零值,从而使切屑厚度等于零。这样,切屑就可在其厚度薄弱(或厚度为零)处折断或自然分离[2]。在加工孔时,一次进给产生的铝屑往往较长,在满足生产节拍的条件下可分段进给来进行断屑,即按照“f-0-f-0”的方式进行加工[3]。通过在加工程序中增加暂停,现场验证断屑效果较好,铝屑长度由2圈以上减小到1圈以内,如图4所示。

4结语

通过上述优化工艺和刀具的方法有效地解决了铝合金缸盖在加工过程中产生的大块铝屑问题。以上措施已全面实施应用,保证了缸盖的质量,满足了客户的要求。文中提到的优化方法可为铝合金加工行业断屑问题提供相关经验参考。

参考文献

[1]谷艳丰.刀具断屑槽参数对断屑影响的分析[J].机械工程师,2011(9):34-36.

[2]张豪.发动机缸盖钻削加工的断屑机理及其应用研究[D].上海:上海交通大学,2014.

[3]张鹏.铝合金缸盖排屑工艺优化[J].工具技术,2016(6):108-109.

作者:张海曼 王乙楠 单位:上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司

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