穩壓箱法蘭面螺栓孔機加工工藝的研究

方偉東

摘 要：穩壓箱是柴油機進氣系統中的重要零件，直接影響柴油機氣缸充量和掃氣效果，也是引起增壓器喘振的因素之一。該產品具有薄壁，剛性差易變形，大法蘭面螺栓孔及小法蘭面螺紋孔位置度要求高等特點，其中，大法蘭面螺栓孔位置度將直接影響機車運行過程中雙頭螺柱的受力情況。文章主要介紹4400馬力柴油機用穩壓箱大法蘭面螺栓孔的機械加工工藝。

關鍵詞：穩壓箱；柴油機；薄壁；變形；位置度；4400馬力；機械加工工藝

1 研究目的及要求

穩壓箱是柴油機進氣系統中的重要零件，直接影響柴油機氣缸充量和掃氣效果，也是引起增壓器喘振的因素之一。增壓并經過中冷后的新鮮空氣，在穩壓箱中加以穩定后，進入氣缸內燃燒。因此，穩壓箱的質量將直接影響柴油機的性能。

穩壓箱具有薄壁，剛性差易變形，大法蘭面螺栓孔及小法蘭面螺紋孔位置度要求高等特點，其中，大法蘭面螺栓孔位置度將直接影響機車運行過程中雙頭螺柱的受力情況。

穩壓箱大法蘭面通過雙頭螺柱與柴油機機體相連，當穩壓箱大法蘭面螺栓孔位置度滿足圖紙要求時，雙頭螺柱不與螺栓孔孔壁相碰，雙頭螺栓只受軸向拉緊力（如圖1）。而當穩壓箱大法蘭面螺栓孔位置度不滿足圖紙要求時，雙頭螺柱與螺栓孔孔壁相碰，在機車運行過程中，由于柴油機的震動，除了受到軸向拉緊力外，還受到一個徑向剪切力（如圖2）。雙頭螺柱長時間受到徑向剪切力的作用，容易造成疲勞斷裂，導致穩壓箱的密封墊片吹破，從而使得穩壓箱空氣泄露，降低了柴油機的功率，惡化了柴油機的性能。因此，穩壓箱大法蘭面螺栓孔位置度好壞將直接影響柴油機性能。

4400馬力柴油機為我公司現階段主打產品，相比280柴油機有諸多改進，其中一個重要的改進就是取消原280柴油機上的前、后穩壓箱配置，將前、后穩壓箱整合在一起，新的穩壓箱長度達2773mm，加工大法蘭面螺栓孔時，傳統的劃線、校線鉆孔加工工藝，因人為因素，大法蘭面螺栓孔的位置度顯然不能滿足圖紙要求。隨著公司大型數控龍門加工中心的配備，將原劃線、校線鉆孔加工工藝合并，在數控機床設備上完成劃線、鉆孔工序，既保證了產品質量，又簡化了工序，提高了生產效率。

本文就是對公司4400馬力柴油機用穩壓箱大法蘭面螺栓孔數控加工進行工藝研究。

2 試驗過程概述

4400馬力柴油機用穩壓箱材質為QT500-7，兼有鑄鐵和鋼的性能，具有強度高、韌性好、延展率大等特點。該產品長2773mm，寬420mm，高269mm，成品圖如圖3所示。

2.1 工藝分析

穩壓箱大法蘭面螺栓孔相對于穩壓箱軸向基準面、大法蘭面的位置度要求為0.5，原工藝是鏜進氣口→劃大法蘭面螺栓孔加工線→搖臂鉆床校線鉆大法蘭面螺栓孔。劃大法蘭面螺栓孔加工線時采用的基準面是大法蘭面短邊邊緣，是毛坯面，同時搖臂鉆床校線鉆孔時的人為因素，大法蘭面螺栓孔位置度難以滿足圖紙要求。

考慮到穩壓箱大法蘭面螺栓孔位置度的基準面是軸向基準面，結合數控龍門加工中心的特點，在鏜完穩壓箱進氣口后，用機床附件頭配合尋邊器，找正穩壓箱的軸向基準面，同時較靠近大法蘭面窄邊的進氣口密封槽圓，找圓心建立加工坐標系，因為校準的基準面都是加工面，精度比原工藝的校毛坯面劃線要高，同時數控鉆孔又排除了搖臂鉆床鉆孔時的人為因素，保證了大法蘭面螺栓孔的位置度。

2.2 加工工藝過程

穩壓箱在鏜完兩側進氣口后，鉗工打磨去除加工飛邊毛刺，將穩壓箱吊放在數控龍門加工中心工作臺上，用尋邊器校穩壓箱一側進氣口端面，將穩壓箱水平放置在工作臺上，并壓裝。同時用尋邊器校穩壓箱另一側進氣口端面，找正大法蘭面螺栓孔位置度基準面。

機床換裝90°附件頭，用尋邊器找正離大法蘭面窄邊最近的進氣口密封槽圓圓心坐標（X，Y），作為坐標系原點，再根據圖紙上大法蘭面窄邊螺栓孔圓心與第一個進氣口密封圈圓心的距離（120.5）及大法蘭面各個螺栓孔之間的相對位置，計算各個螺栓孔相對于坐標原點的坐標（X，Y）。

數控龍門加工中心的主軸剛性要比搖臂鉆床好，配用高效的硬質合金鉆頭，選擇合適的切削參數后，可以直接在穩壓箱大法蘭面上直接鉆削螺栓孔，而無需預先鉆定位中心孔。

2.3 試制結果

穩壓箱試制后經三坐標檢測儀檢測，大法蘭面所有螺栓孔的位置度都控制在0.5之內，其中第6、22、47、52號螺栓孔的位置在0.2-0.36之間，其余各螺栓孔的位置度均控制在0.1以內（如圖4）。

3 結束語

按新工藝試制一個穩壓箱，經檢測所有的大法蘭面螺栓孔位置都滿足圖紙要求，個別螺栓孔的位置度偏大（也在圖紙要求的范圍內），經分析可能是深孔鉆削導致的輕微喇叭口（第22號螺栓孔深度達到269mm，第47、52號螺栓孔深孔為220mm）及鑄件材質不均勻所導致的。

相比老工藝，數控龍門加工中心鉆削穩壓箱大法蘭面螺栓孔，不止提高了加工精度，保證了產品質量，而且簡化了工序，減少了在產品在生產線上的流轉時間，同時數控設備的高速切削又提高了生產效率，滿足工廠提高生產節點的要求。

由于穩壓箱是薄壁類箱體零件，剛性差易變形，同時高速鉆削時的切削力不是很大，產品壓裝時不能壓裝太緊，容易導致產品壓裝變形。

參考文獻

[1]傅水根.機械制造工藝基礎[M].北京：清華大學出版社，1998

[2]韓秋實.機械制造技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2006

[3]劉舜堯，李燕，鄧曦明主編.制造工程工藝基礎[M].長沙：中南大學出版社，2002

[4]鄧文英.金屬工藝學（上、下冊）[M].北京：高等教育出版社，2000；

[5]何少平，李國順，舒金波.機械結構工藝性[M].長沙：中南大學出版社，2004；

[6]嚴紹華.材料成形工藝基礎[M].北京：清華大學出版社，2001

[7]周澤華.金屬切削原理（第二版）[M].上海：上?？茖W技術出版社，2005

[8]袁澤俊.金屬切削刀具[M].上海：上?？茖W技術出版社，2004

[9]陳日曜.金屬切削原理（第二版）[M].武漢：華中科技大學出版社，2003

[10]呂廣庶，張遠明.工程材料及成形技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2001