提升發動機缸體機加工清潔度的方法及其應用

武 書

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

發動機缸體作為發動機的核心部件之一，其清潔度對發動機的裝配、性能、使用壽命具有重要的影響。缸體內部的毛刺、雜質將會造成異常磨損，軸瓦刮傷，曲軸抱死等問題[1]。缸體的外部的雜質、毛刺將會影響發動機的裝配，螺栓卡滯、滑牙等問題，目前對于發動機缸體機加工的清潔度的控制主要通過中間清洗機和最終清洗機來實現。在現有的工藝控制條件下，主要還存在以下兩類問題：（1）工藝順序編排不合理，導致缸體外部的部分螺紋孔有毛刺，且無法去除；（2）缸體內部主油道貫穿孔、曲軸孔缺少接觸式去毛刺功能，導致有殘留毛刺。它們嚴重影響了發動機的使用性能[2]。本文旨在探索去除缸體毛刺以及提升缸體的清潔度的方法，確保發動機的使用性能。

1 毛刺產生機理及解決辦法

本文涉及的缸體的材質為鑄鐵，該材質具有較好的韌性、延展性。金屬在刀具的切屑刃與前刀面作用下，受擠壓產生滑移變形，工件的邊、角、棱等往往產生較大的塑性變形，切屑與工件斷裂分離后，部分殘留在工件上就會形成毛刺。對于發動機缸體的來說，主要是在加工貫穿孔、通孔等特征時會產生毛刺。對于缸體的部分特征加工，毛刺無法避免。但可根據毛刺產生的機理去解決加工產生的毛刺及所帶來的對產品品質影響的問題。

1.1 缸體外部的部分安裝螺紋孔有毛刺

該問題主要缸體上的啟動電機安裝螺紋加工產生的毛刺的問題，如圖1所示，會導致安裝螺栓卡滯、滑牙問題。該特征加工包含以下加工過程：粗銑啟動電機安裝面、精銑電機安裝面、鉆啟動電機安裝孔、攻啟動電機安裝孔。通過分析不同的加工順序，產生的毛刺的大小及其毛刺的朝向。

圖1 啟動電機安裝面、安裝螺紋孔及毛刺示意圖

分析不同的加工方案順序如圖2所示，其中方案一、方案二產生的毛刺朝向均向內側，方案三的毛刺朝向外側。

圖2 不同工藝方案產生的毛刺朝向的分析圖

分析不同加工順序可能產生的最大毛刺尺寸情況，如表1所示，根據不同的工藝編排分析，方案一可能產生的最大毛刺為1.1 mm，方案二可能產生的最大毛刺為0.5 mm，方案三可能產生的最大毛刺為0.6 mm.

表1 不同工藝編排毛刺大小分析表

因此，通過分析對比毛刺的產生的朝向及其大小，結合零件的安裝需求，選擇合適的加工工藝順序，可以達到最優的加工效率及加工質量。

1.2 缸體內部主油道、曲軸孔的毛刺

缸體內部主油道、曲軸孔的毛刺會導致異常磨損，曲軸抱死，OCV閥芯卡滯等。缸體內部毛刺的殘留問題，主要集中在兩個部位，一是曲軸孔精鏜刀具切出的位置，二是主油道與斜油道的貫穿孔位置處。

曲軸孔精鏜加工，由于曲軸孔的直徑過大，在現有工藝加工條件，在刀具切出的位置產生的很大的毛刺，如圖3所示，毛刺沿圓周方向連成一片。毛刺的粘附力大，在后期的去毛刺過程中，很難去除。

圖3 曲軸孔精鏜毛刺的示意圖

為了能夠順利的去除毛刺，首先需要考慮解決毛刺過大的問題。因此，針對毛刺過大的問題，需要優化精鏜的加工工藝，選擇合適刀具切屑角度、加工參數等，確保在精鏜的加工過程中，改善切屑效果，降低刀具對工件的擠壓，減少待加工表面的滑移變形，使大部分的代加工的材料被刀具切屑掉，減小毛刺的尺寸。

發動機缸體的主油道與輔助油道的貫穿處會產生毛刺。由于油道的直徑較小，所以產生的毛刺也較小。且加工工藝為先加工主油道，后加工斜油孔及其它輔助油道，所以毛刺的指向均朝向主油道內側，如圖4所示，毛刺朝向有利于毛刺的統一去除。

圖4 主油道毛刺示意圖

但是在現有的工藝下，僅在最終清洗機中采用高壓水（20～30 MPa）去毛刺的工藝。由于該方法為沒接觸式的去毛刺方法，對于毛刺粘附力稍大的毛刺就無法去除，去毛能力不高，可靠性不強。為了提高去毛刺的能力，可以增加接觸式的機械去毛刺工藝。

2 方法應用驗證

（1）采用新的工藝編排順序解決啟動電機安裝螺紋孔毛刺的問題

根據前面分機理分析，得到了理論最優去除毛刺的工藝順序，以減少產生毛刺的可能性，表2所示為現有的加工工藝順序與理論最優工藝順序的對比分析?，F有的加工工藝不管是從毛刺的朝向或者是產生毛刺大小的可能性，都存在一定的問題。該問題將會直接導致安裝螺栓孔的卡滯及其滑牙問題。

表2 啟動電機安裝孔加工工藝對比分析

根據理論最優的加工順序加工驗證，如圖5所示，啟動電機的安裝螺紋孔切出的位置，已經比較光潔，殘留的毛刺很小，而且朝向也是向外側，對螺栓安裝無影響，不會造成螺栓卡滯，滑牙。

（2）采用新的線鏜刀工藝解決曲軸毛刺過大的問題

圖5 啟動電機安裝螺紋毛刺示意圖

現有工藝采用的是導套式半精、精鏜組合刀具，如圖6所示，采用的單個曲軸孔加工，加工參數相對過快。優化工藝新刀具，采用線鏜式半精、精鏜組合刀具，如圖7所示，一次性加工所有曲軸孔，可適當降低進給參數，且線鏜刀有主軸承支撐，加工結果更加穩定。

圖6 導套半精、精鏜組合刀具

圖7 線鏜式半精、精鏜組合刀具

新舊刀具結構及其加工參數的對比如表3所示。通過對比，新刀的進給速度半精鏜，由314 mm/min降低為 135 mm/min，精鏜由 198 mm/min降低為 70 mm/min，待加工表面受到的擠壓力得到有效降低，產生的滑移變形變小。主偏角由增加到減少，降低了吃刀抗刀力，減少了加工震動與滑移變形。

表3 新舊刀具對比表

采用新刀具及新的加工參數，加工驗證，如圖8所示，曲軸孔的毛刺得到了有效的改善，由連續的大型片狀毛刺，變成了點狀的細小毛刺。

圖8 刀具優化前后毛刺效果對比圖

（3）增加機械式毛刷去曲軸孔、主油道毛刺

為了強化去毛刺的效果，給主油道、曲軸孔增加去毛刺的專用毛刷。通過毛刷與毛刺的機械接觸，達到徹底去除毛刺的功能。為了保證去毛刺的效果，需要保證毛刷具備一定的硬度及其強度，同時需要保證與毛刷接觸的表面質量，不能出現表面的劃傷問題。因此，選擇毛刷的材質為碳化硅磨料絲，單根料絲的直徑控制在0.5～0.8 mm.

增加毛刷去毛刺后，主油道及曲軸孔的內部的毛刺情況得到很好的改善，主油道貫穿孔處，毛刺被完全去除。曲軸孔毛刺去除效果良好。剩余小部分的突起，在后續的裝配及其發動的運行中不會脫落，不會造成發動機的清潔度問題。增加毛刷后，去毛刺的效果圖如圖9所示。

圖9 增加毛刷后，去毛刺的效果圖

3 結束語

通過工藝順序的編排，加工工藝的優化以及新增一些去毛刺的刀具，可以有效地改善發動機的局部清潔度，提升發動機的相關性能，降低制造成本等，但是對于整個發動缸體的清潔度而言，需要從加工、轉運、存儲各個環節出發，才能從根本上來解決發動機缸體的清潔度問題，提升發動機的整體性能。

參考文獻：

[1]張洪寶，劉 輝.發動機缸體油道清潔度控制方法研究[J].化工管理，2017，4（11）：171-172.

[2]劉仰銀.提高發動機氣缸體清潔度工藝措施研究及分析[C]//戰略性新興產業與科技支撐——2012年山東省科協學術年會論文集，2012：233-235.