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缸體主軸承蓋鑄鋁框架加工中存在鋁鐵間隙怎麽辦?
      缸體是發動機的基礎零件,通過它把發動機的曲軸連杆機構和配氣機構及供油、潤滑和冷卻等係統聯接成一個整體。缸體的主軸承蓋結構主要分為兩種:一種是在缸體上直接安裝軸承蓋,一般用於小排量的發動機;另一種是使用框架,主要用於排量較大的二代發動機。考慮到發動機的重量要求,框架大多采用鋁合金材料,在主軸承蓋部位鑲嵌球鐵(見圖1)以確保一定的剛性。但由於鋁和鐵兩種材質的加工切削性能不同,往往在加工結合麵時鑲嵌結合處會出現間隙(簡稱“鋁鐵間隙”)。本文對鑄鋁框架加工中存在的鋁鐵間隙的原因展開了分析,並提出了解決方案。 
圖1  框架主軸承蓋結構
問題提出
 
       某發動機缸體總成的框架屬於薄壁形的殼體零件,在主軸承蓋部分是兩種材料(鐵、鋁)鑄造而成。一般情況下,鋁鐵間隙產品要求如下:每個鑲塊與框架貼合區域隻允許最多兩處間隙大於0.2mm。該框架投產初期,據現場統計,鋁鐵間隙超差出現比例高達1.32%。為解決此問題,工藝工程師重點從加工工藝入手進行分析,確認鋁鐵間隙產生原因主要是加工結合麵過程中鑲塊邊緣鑄鋁受力產生變形。為此,從改變刀具的切削力方向和切削力大小兩個方麵著手進行驗證。
 
改變切削力方向
 
       切削力是指在切削過程中產生的作用在工件和刀具上的大小相等且方向相反的切削力,即切削加工時工件材料抵抗刀具切削時產生的阻力。根據現場工藝分布,加工結合麵刀具為OP40序麵銑刀T1157,其刀具直徑為125mm,刀具加工路徑如圖2所示。
圖2  T1157刀具走刀路徑(優化前)
1.左端路徑優化                         
統計發現,90%以上間隙超過0.2mm的件均集中在1處(見圖2標注區域),結合此現象分析:麵銑刀T1157刀具路徑從右端#1位置加工至左端#2位置,此時刀具並未完全離開工件,而繼續向上加工至#3位置。 
從上述切削力分析,鑲塊外緣包裹的鋁皮非常薄,在切削力F作用下向外拉伸變形產生間隙。為避免切削力的影響,澳门游戏平台將麵銑刀T1157在加工至#2位置後再向左多運動80mm,使得刀具完全離開工件。
 
2.上端路徑優化 
麵銑刀T1157加工至#3位置,繼續向右加工至#4位置結束。在此過程中,刀具T1157的刀具路徑靠近曲軸孔一側,此時鋁皮受力在Y方向會產生分力Fy對鋁皮產生拉伸變形,由於鋁鐵結合處並不是直線,必然會產生X方向上的間隙。通過上述分析,澳门游戏平台在左端路徑優化的基礎上,將麵銑刀T1157的刀具路徑往上調整20mm(見圖3)。
圖3  T1157刀具走刀路徑(優化後)
上述刀具路徑優化後,加工驗證鋁鐵間隙有明顯改善,具體如圖4所示。
圖4  加工驗證鋁鐵間隙有明顯改善
 
改變切削力大小 
        影響切削力的因素有工件材料、切削用量、刀具角度和刀具材料等。本文主要從切削用量方麵來優化改變切削力。經現場確認,麵銑刀T1157直徑d=125mm,轉速n=460r/min,進給量f=1.9mm/r,根據切削速度公式計算可得:切削速度Vc=3009.2mm/s。當進給量f一定時,在低速範圍下,X、Y和Z方向的切削力隨著切削速度增加而增大,當達到某一臨界速度後,隨著切削速度的繼續增大,切削力逐漸下降。不同刀具材料與工件材料的搭配以及在不同切削條件下,臨界速度也不一樣。因此,結合切削速度Vc=3.14×d×n/1000(m/min)可知,切削速度與轉速成正比,即提高轉速即可提高線速度。 
      根據以上分析,麵銑刀T1157的切削速度Vc=3009.2mm/s,可通過提高轉速n來提高切削速度,從而減小切削力。通過多輪驗證,澳门游戏平台將轉速從460r/min提高至600r/min時,鋁鐵間隙變化非常明顯,改進前後效果如圖5所示。

圖5  轉速優化前後鋁鐵間隙有明顯改善
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