影響活塞鑄鐵環槽加工質量的因素初探

鄧春華 嚴繼斌

摘要：在內燃機技術逐漸發展過程中，發動機對于活塞環在使用壽命方面的要求越來越高，在此情況下，活塞鑄鐵環槽在進行機械加工時，質量要求也進入到了全新階段，其中主要體現在對于活塞品種有了更高要求。為了實現活塞鑄鐵環槽整體加工質量提升，需加強對其機械加工整個過程的研究，運用理論結合實踐方式，促進加工質量有效提升。

Abstract： In the process of the gradual development of internal combustion engine technology， the engine has higher and higher requirements for the service life of piston rings. In this case， the quality requirements of piston cast iron ring groove in machining have entered a new stage， which is mainly reflected in the higher requirements for piston varieties. In order to improve the overall processing quality of piston cast iron ring groove， it is necessary to strengthen the research on the whole process of machining， and use theory combined with practice to promote the effective improvement of processing quality.

關鍵詞：活塞鑄鐵環槽;加工質量;發動機

Key words： piston cast iron ring groove;processing quality;engine

中圖分類號：TG174.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0103-02

0 ?引言

發動機對于活塞鑄鐵環槽在加工時的質量提出了全新要求，加工過程中，質量影響因素主要包括這幾方面，即刀具、機床、加工參數、夾具等，通過對影響因素的全面分析，能夠進一步促進其在加工時質量的提升，使加工質量與技術要求之間相適應[1]。

1 ?鑄鐵環槽在加工時的質量要求

加工過程中，尺寸方面的要求主要為槽側面與活塞頂面之間的軸向距離，在表示時，可以將其表示為L，也包括環槽寬度，環槽寬度在表示時可以將其表示為A，同時包括槽底直徑，槽底直徑在表示時可以將其表示為D1。形狀要求主要為槽層面中徑向直線度，槽側面中平面度等，位置要求主要為針對活塞軸線中的圓跳動度的要求，表面質量為側面表面實際粗糙程度[2]。鑄鐵環槽在進行加工時，其質量和發動機體現出的使用性能之間聯系緊密，在加工質量未能達到合格情況下，發動機將會出現漏氣嚴重、機油消耗高多種問題[3]。嚴重時，鑄鐵環槽和活塞鋁制機體之間黏合位置會出現斷裂或者是裂紋，在發動機長期運轉情況下，可能會使缸體發生損壞，進而出現質量事故。

2 ?活塞鑄鐵環槽在加工時的質量影響因素

鑄鐵環槽在進行加工時，質量主要為形狀、尺寸精確程度、位置精確程度、表面實際粗糙程度這幾方面，對其加工質量產生影響的因素不僅包括材料自身，也包括夾具、機床、技工參數、刀具等。

2.1 機床

活塞環槽在進行加工時，多數在臥式的機床中進行，因此臥式機床具體精度會對其在加工時的質量產生直接影響。其中主要體現在這幾方面：

首先，對環槽槽底質量產生的影響[4]。在臥式機床導軌存在水平直線誤差情況下，便會影響槽底直徑，在導軌中直線誤差達到0.01mm時，半徑方向便會發生變化，并且受到定位誤差影響，定位夾具中止口胎和定位面配合時在直徑上方會有間隙存在，加工過程中會出現環槽底圓影響活塞外圓形中的圓跳動情況，進而產生誤差。臥式機床對環槽底圓在加工時精度產生影響的主要原因在于機床底軸會出現回轉誤差，也就是主軸徑向著圓跳動[5]。

其次，對環槽側面質量產生的影響。在加工過程中，如果機床主軸出現軸向竄動情況，將會影響環槽進行側面加工時的質量，即環槽側面出現平面誤差。

2.2 夾具

就當前來講，進行活塞生產時，主要是運用批量化加工方式，為了實現快速裝夾以及快速定位，需利用專用夾具，夾具質量和機床呈現出的配合性能會影響活塞環槽在加工時的質量[6]。在保證臥式樣機床位置準確時，往往會運用定位止口胎進行活塞以及機床中間件的連接，就其結構來講，會由于活塞在設計時結構的不同存在差異，一般情況下，結構形式主要分為兩種，也就是定位端面以及定位圓周面。

就止口胎定位來講，原理在于其定位端面能夠對活塞順著Z軸在移動時的自由度有所限制，也會對繞Y軸以及Z軸在轉動時的自由度有所限制。對于定位圓周面，能夠對活塞繞Y軸和X軸時在旋轉時的自由度有所限制。因此進行活塞環槽加工時，止口胎能夠對活塞自由度進行有效限制。活塞圍繞Z軸進行轉動時自由度可以通過專用定位塊實現。定位塊加工時能夠進行傳遞扭矩，進而帶動活塞和機床主軸共同旋轉。對于其夾緊方式來講，主要運用氣動壓力方式，通過萬向頂盤在機床尾部進行連接。活塞定位在結束之后，活塞頂部運用夾緊力完成加緊工作，進而活塞進行旋轉加工過程中不會出現較大位置上的變化。對于工件中的定位基面與定位元件中的限位基面之間的集合可以稱之為定位副，活塞以及定位元件存在的誤差主要包括這幾個方面，也就是活塞和止口胎定位端面存在的誤差，撥塊出現的誤差，活塞和止口胎定位圓周面存在的誤差，就圓周面誤差來講，在圓周面和止口胎中的限位圓周面活塞軸與接觸面之間的接觸較少時，受切削力和活塞重力多種影響，活塞會出現傾斜角，進而導致活塞環槽側面影響活塞軸面具體垂直度，由此可見，加工中存在的誤差大小和活塞環槽側面與定位端面之間的距離，傾斜角度以及活塞外徑相關[7]。

就定位塊誤差來講。在加工過程中，定位塊和活塞內檔面之間僅能通過單邊線進行接觸，加工過程中，受切削力影響，活塞十分容易出現徑向竄動，進而對環槽在加工時的精確程度產生不良影響。實際加工過程中，為了保證加工效率，進行活塞安裝時往往會運用非定向裝夾形式，在此情況下，定位塊和活塞內檔面進行接觸時，位置的一致性難以得到充分保證，因此需運用適當措施進行改進，可以將整體定位塊變為浮動定位塊，這種方式的運用能夠在較大程度上減少加工過程中對加工精度產生的影響，使活塞質量得到較大程度保證。

2.3 刀具

在切削技術不斷發展過程中，當前進行活塞鑄鐵環槽加工時，一般會使用聚晶立方氮化硼刀具，此種刀具優勢比較明顯，其中主要體現在耐磨、硬度高、耐沖擊等，多數情況下，可以加工活塞只數能夠達到一千多，此種刀具和早期運用硬質合金刀具之間相比，在使用壽命方面獲得了明顯的提升，也能使環槽表面在加工時的質量獲得明顯提升。

2.4 加工參數

活塞環槽進行加工時，加工參數會對其表面粗糙程度產生較大影響，對于環槽在加工時的參數來講，主要為切削進給量、主軸轉速、切削深度。就環槽表面粗糙程度來講，不同產品在要求上會有所不同，部分產品為Ra1.25μm，部分產品為Ra0.4μm。在相同機床進行加工時，表面粗糙程度雖然相同，但是受活塞結構有所不同影響，需要使用的加工參數會有所不同，怎樣在加工時以較快速度獲得最優加工參數為活塞加工時需重點關注的問題。為了使加工參數實現最優，可以運用六西格瑪方面的管理工作實現設計試驗，并和以往獲得的加工數據結合在一起，獲得合理數據組合展開試驗，進而在短時間內獲得加工參數。

3 ?活塞鑄鐵環槽在加工時提升質量有效策略

3.1 刀具加工時分析受力

進行受力分析時，需注重材質參數的選定，然后對受力進行詳細分析，一般情況下，刀尖圓弧半徑會輕微影響刀具前面刀的實際磨損速度，切削速度會明顯影響刀具前面刀實際磨損程度。同時進給量也會對磨損程度產生較為明顯的影響，但是與切削速度相比明顯更弱。

3.2 正確使用車削方式

進行鑄鐵環槽加工時，結合其物理性能，最好使用復合刀具，并且在加工時使用切削方法會對刀具在使用時的成本產生直接影響，因此選擇主切削刃時，與圖紙中的要求相比，寬度需略窄，刀尖圓弧半徑和環槽槽底部之間在弧度上需保持一致。就刀具角度來講，需和環槽要求總角度相比略小。這種方法的運用，不僅能夠使表面粗糙程度得到保證，也能讓環槽寬度變得更窄。同時可以運用程序調整方式補償，將刃磨頻次與換刀頻次降低，實現工作效率的有效提升。

3.3 優化選擇工藝參數

活塞環槽在進行切削時，刀具和環槽之間存在物理作用以及機械作用，因此刀具磨損相關問題較為復雜，在車削速度比較低的情況下，磨損為粘結磨損，在車削成速度比較高時，磨損為擴散磨損。針對工藝參數進行優化的主要目的在于使加工質量與效率得以保證情況下，將刀具使用時產生的磨損下降到最低。

3.4 選擇切削液

使用切削液能夠將切削時的溫度降低，減少刀具和加工表面之間產生的摩擦，促進刀具實際使用壽命提升，當前主要為水基切削液體以及油基切削液，在選擇過程中，需結合工件材料、加工工序、環保衛生、機床狀況等多種因素。

4 ?結束語

總之，活塞鑄鐵環槽在進行加工過程中，夾具、機床、加工參數、刀具等會產生比較直接的影響。因此實際加工時需對這些因素進行充分考慮，有效控制夾具精度、機床進度能，進而使質量上與相關要求相符。

參考文獻：

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作者簡介：鄧春華（1966-），男，湖北武漢人，工程師，研究方向為機械制造。