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活塞销孔精镗滚压工艺分析

时间:2016-11-24 04:00  浏览:2864 来源:

  本文先容了内燃机铝活塞销孔的技术要求,根据精镗滚压销孔工序的加工特点,从设备、**系统等方面分析了影响销孔精度的原因,提出了相应的改进、保证措施,并在大批量出产实践中验明了这些措施的有效性。

  跟着发念头机能的不断进步,活塞的结构随之变化,对活塞销孔的精度要求也越来越高。内燃机铝活塞(见图1)的销孔,其外形、尺寸精度以及表面要求都很高,按GB1148-93的划定,销孔的圆柱度应为5级,要求2~3mm;尺寸公差为IT5,一般为4~8mm;粗拙度一般为Ra0.4mm。在批量出产前提下,精镗 滚压销孔工序要达到这样的要求,一定要在工艺上采取一系列严格措施才能知足加工要求。


  1 内燃机铝活塞

  某厂是海内**的活塞加工企业,为海内几乎所有的主机厂配套,在活塞加工方面积累了丰硕的经验。在出产实践中,我们采用了以下措施来保证销孔的各项技术要求。

  减少镗床的振动

  镗孔时,因为机床自身的振动以及外来的振动都会显著地影响到所镗销孔的圆度,为此,我们采取以下措施:

  1. 在床身与地面接触部位安装4个减振垫,可使销孔圆度得以改善。我厂经由试验,销孔圆度可进步0.3~0.4mm。

  2. 加固安放机床的地基。深挖地基,把地基的混凝土层厚度加深,并用减振材料把镗床地基与附近地面隔开,防止附近机床的振动传给镗床。

  **系统的改进

  在设备精度、配置一定的前提下,要进步销孔的精度、知足加工要求,**系统是枢纽。为此,我们主要从以下几个方面进行分析改进:

  1. 镗杆的改进

  (1)镗杆的设计制作

  因为精镗销孔是高速切削加工,稍微的振动将直接影响活塞销孔的表面粗拙度,因此,在镗杆设计制作时要求镗杆与主轴的同轴度小于0.01mm,且整个镗杆各部外圆都要进行磨削加工。这样就保证了镗杆在高速滚动中可保持平衡、减少振动,消除了镗杆本身的影响因素。刀孔的位置直接影响装夹后**的加工角度,因此在镗杆设计时(见图2),要求刀孔中央经由镗杆中央或刀孔中央偏离镗杆中央一定间隔,且刀孔中央垂直于镗杆轴线,保证装夹后**的加工角度;同时,给定相应各部的形位公差,减少因镗杆替代引起销孔加工表面粗拙度的变化。销孔加工的镗杆一般悬臂较长,因此镗杆必需进行不乱强化热处理,这样可以进步镗杆的强度、刚性,减少镗杆的受力变形,进步活塞销孔表面粗拙度水平。


  镗杆的设计结构

  (2)镗杆的材料

  销孔质量题目的枢纽之一在于销孔精镗刀杆的颤振。在镗削销孔时,镗杆的长径比一般都大于5,个别甚至达到10。镗杆在加工过程中,受弯曲、扭转和压缩载荷的组合作用,会产生振动,尤其在加工销孔小于φ15mm的活塞时,因为镗杆的直径较小,其情况尤其显著。我们在为日本小松加工某活塞时,其销孔直径仅为φ8mm,而镗杆的直径更小,因为镗杆的颤振使得销孔达不到划定粗拙度、圆柱度的占到1/3之多。

  由材料力学可知:K∝EI/L3,即镗杆静刚度K与其材料弹性模量E、惯性矩I成正比,与悬伸量L的3次方成反比。悬伸量L因为受到活塞直径大小的限制,其值一般不能变化太多,这就要求我们选择弹性模量大的材料。我们通用的镗杆材料是45#钢,其弹性模量E=196~216GPa,对于销孔直径较大(>φ15mm)的活塞,其力学机能还基本能知足销孔的加工要求;对于销孔直径较小的活塞,我们就要寻找弹性模量大的材料。硬质合金(YG8)的弹性模量E=600~610GPa,显然,硬质合金镗杆刚度弘远于钢质合金镗杆,但其缺点是不易加工。我们尝试在镗杆的前端焊接上一段45#钢,以便加工装夹**的通孔和螺孔。

  我们将用两种**加工φ8mm销孔的结果进行了对比,在我厂自制的BHT-20镗床上分别加工了10只活塞,实在验数据见表。结果表明:在相同加工前提下,硬质合金镗杆的加工效果比45#钢镗杆要好得多。

  使用两种镗杆得到的加工数据

  (3)镗杆的结构

  镗杆工作时不仅受到静态力的作用,同时还有断续切削、材质硬度不平均、镗杆自身不平衡和切削过程中自激振动等所引起的冲击力或交变力的干扰,因此要求镗杆不仅具有一定的静刚性,还要具有足够的按捺各种干扰力引起振动的能力,即抗振性。当切削力与镗杆自身重量之比较大时,在切削过程中很轻易自激振动,特别是加工直径小于φ15mm的销孔时,这种状况非常严峻。

  因为硬质合金不易加工和本钱高,我们还可在不采用硬质合金镗杆的情况下,通过对45#钢镗杆增加配重,加大自身重量,减少自振。其详细方法是:在镗杆末端装比重较大的铅棒(见图3),保持径向间隙0.05~0.1mm;装好后用丝堵堵好,保持轴向间隙0.1~0.2mm,保证铅棒在镗杆内能自由滚动,使镗杆在高速旋转过程中保持动平衡。试验结果表明,这种措施大大增强了镗杆的抗振性。


  小镗杆的基本结构

  2.**和切削参数的改进

  (1)**的材料与角度

  目前,精镗销孔的**大都由硬质合金**换成了金刚石**,镗孔质量有了显著的改善。因为人造金刚石硬度高,加工难度大,经由多次的设计试验,我们选定了**的主要技术参数:刀尖圆孤R0.5~1,**前角为5°,**后角、副后角分别为12°和8°,**韧带宽0.2mm,**前后刀面粗拙度Ra0.1mm。在30倍放大镜下观察,刀刃无缺口裂纹。使用按此几何角度加工好的**镗削销孔,加工后丈量销孔圆度小于0.003mm,表面粗拙度小于Ra0.4mm。

  相同前提下,采用PCD**加工销孔时,**寿命可达到20 000件,是硬质合金**的50多倍。加工的表面粗拙度由原来的Ra0.4~Ra0.8mm降低到Ra0.2~Ra0.4mm。每班可以减少装卸**、刃磨刀及调整**等辅助时间30min。由此可见,使用PCD**不仅质量有了显著的晋升,而且出产效率也大大进步。

  (2)切削参数

  为了保证销孔的圆柱度、尺寸公差、粗拙度,镗削销孔时的工艺参数也很重要。经由多次试验,我们总结出了适合自己设备的切削参数,精镗销孔必需是高速切削,主轴转数在3 000r/min左右;走刀不能太快,进给量在0.05~0.07mm/r之间;精刀的切削深度控制在0.02~0.05mm之间,可干切削。按以上参数加工,基本能达到产品划定中对销孔的各项要求。

  镜面滚压 滚挤 压光工艺

  滚压加工是无屑加工的一种,它利用经由淬硬和精细抛光的滚轮或滚珠,在常温状态下对金属工件表面进行挤压加工,逐步将前道工序留下的波峰压平,从而修正工件表面的微观几何形兆,同时使工件表面的金属组织细化。形成压缩残余应力,使工件表面粗拙度值降低(在Ra0.8-0.05范围,对于难以磨削的材料,如铜、铝以及粉末冶金等软材料可达Ra0.4-0.05)、表面金属的显微硬度(进步10-40%,深度一般可达0.2-3mm)、疲惫强度明显进步(进步5-30%)。

  我厂是专业生产高精度超光滚压器械的企业,本厂生产的滚压头(滚压刀、挤压刀)是专业加工孔类和深孔的专用工具。工件经正常加工后再用本工具一次加工就可使其内 径表面粗糙度从Ra6.3降低到Ra0.8-Ra0.02(光洁度从 提高到~)。并使表面形成硬度层,延长工件使用时间,增强工件耐磨性、抗疲劳度。本工具可在车床、铣床、钻床、镗床、数控加工中心上使用。只要能旋转并且有进给的设备都可以使用。本工具可误差在±0.002毫米内、深得用户信赖。