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關于發動機缸體頂面及缸孔精加工定位方式的探討

時間:2011-06-01 08:36:52 來源:未知
近年來，隨著我國汽車工業的不斷發展，汽車業已成為國民經濟的支柱產業。各汽車制造廠在不斷提高質量、性能的同時，對發動機關鍵零件的加工工藝也在不斷地進行探索，以保證發動機的高性能。

圖1 缸體頂面和缸孔的技術要求
缸體是發動機的關鍵零件之一，對缸體的加工各國都采用了許多特殊的工藝方法來保證加工精度，其關鍵的加工部位有：曲軸孔、缸孔、頂面、止口等。目前，國內外缸體的產品圖紙對頂面和缸孔都有如下技術要求(見圖1)：缸孔對曲軸孔公共軸線的垂直度在缸孔的全長上不大于D(一般<0.03)、頂面對曲軸孔公共軸線的平行度在全長上不大于D(一般<0.04)等精度指標。這些精度指標將直接影響發動機的性能，因此，對缸體頂面及缸孔加工方法的研究是提高發動機質量的重要手段。
以往缸體的加工大多采用一面二銷定位，即利用缸體底面及底平面上的兩個或四個定位銷(粗、精加工分開)作為定位基準，完成缸體的全部粗、精加工工序，這種定位方法保證了理論上的六點定位原則(平面三點、圓柱銷二點、菱形銷一點)。但在實際加工過程中，由于缸體底面的加工誤差及支承板的加工誤差，使工件被夾緊后其底面定位點已大于三點，在粗加工、半精加工時，若定位誤差在加工精度范圍內，這種超定位方式是允許的；但是，在精加工時這種定位方式難以保證頂面、缸孔與曲軸孔公共軸線的相關精度要求。另外，精加工時的多次重復定位所產生的定位誤差也難以保證缸體的加工精度。國外也有用一面二銷定位方式來保證與曲軸有相關精度的組合機床，如南汽二發廠為IVECO汽車配置的索菲姆發動機缸體頂面精銑機床就采用了此種定位方式，它是將曲軸孔的精加工與頂面的精銑安排在同一臺機床上，這樣便可靠地保證了曲軸孔與缸體頂面的平行(見圖2)，但是，該機床的結構比較復雜、造價高。因此，缸體精加工時，采用何種定位方式將是保證頂面、缸孔與曲軸孔公共軸線相關精度的重要因素。國內外發動機制造廠及專用機床廠都在不斷尋找新的定位方式，如在半精、精加工時采用底面相同三點(面積較小)再配以多點輔助支承來減少因工件變形和多次重復定位所產生的誤差(見圖3)。再一種目前廣為采用的是利用精加工后的曲軸孔為缸體的主定位基準來保證所需的加工精度，這種定位方式消除了底面平面度和多次重復定位所產生的定位誤差，有效地保證了頂面、缸孔與曲軸孔相關的精度要求。

Ⅰ—上料工位 Ⅱ—曲軸孔、止推面及其它孔精加工工位 Ⅲ—頂面精銑工位
圖2 機床俯視圖
圖3 一種定位方式
在以曲軸孔為主要定位基準的夾具中，曲軸孔加工精度的高低是保證曲軸孔與頂面、缸孔相關精度的先決條件，曲軸孔應保證較高的同軸度和孔徑精度(不低于IT7)，其次是曲軸孔定位銷的結構形式也是保證缸體加工精度的重要因素。目前有可漲芯軸和固定芯軸兩種結構形式，可漲芯軸的使用須滿足以下條件：(1)在工作狀態時可漲套的外圓徑向跳動應小于0.01；(2)可漲套直徑的變化應能保證均勻地消除與芯軸、曲軸孔之間的間隙；(3)可漲套的材料應具有較高的疲勞強度及壽命。固定芯軸在保證自身的高精度、高壽命外，對曲軸孔精度的要求也大大提高，除要求高的同軸度外，孔徑精度不應低于IT6。圖4為可漲定位芯軸的結構形式(一)，漲套2與芯軸1沿直徑D和d用真空電子束的方法焊接在一起(箭頭K指處)，其工作原理如下：在兩芯軸插入曲軸孔后，借助專用支承來定準缸體底平面，然后通過芯軸1上的孔A把壓力油通入漲套內，消除件2與曲軸孔的間隙，使缸體略微抬起后正確定位。圖5為可漲芯軸結構形式(二)，填充物2具有可延伸性、耐腐蝕性，以防止冷卻液和切屑進入漲套3內，此結構工作前直徑D>d，以避免漲套3在插入曲軸孔時磨損。它的工作原理是：在可漲芯軸插入曲軸孔之前，精過濾的冷卻液或壓縮空氣經孔A噴出將曲軸孔沖凈，然后兩芯軸插入曲軸孔內，再借助專用定位基準將缸體擺正，此時件1在油缸力P的作用下，使漲套3工作消除與件4和曲軸孔的間隙，使缸體略微抬起，此時漲套3的直徑大于D。最后再輔以底面多點支承。圖6為固定芯軸的一種形式，它的工作原理是：由工件移動或固定芯軸移動將芯軸插入曲軸孔內，然后借助專用定位支承機構將缸體略微抬起，使曲軸孔的下母線與定位銷的上母線貼合，工件得以正確定位。 #p#分頁標題#e#
圖4 可漲定位芯軸結構形式(一)
圖5 可漲定位芯軸結構形式(二)
圖6 固定芯軸
綜上所述，缸體頂面、缸孔精加工的定位方式很多，但以曲軸孔為主定位的方式目前采用的較多，所以我們在設計此種機床時要充分分析產品圖紙的精度要求，以確定合理的定位方式和結構來保證缸體的加工精度，確保發動機的高質量、高性能。