鑄造鋁合金缸蓋平面的高速銑削

1、鑄造鋁合金缸蓋平面的高速銑削        切削技術(shù)的飛速發(fā)展使機械加工走向了高速、高效切削，而高速加工中心的使用更加速了這一進程。最近，我們在鑄造鋁合金缸蓋平面加工上進行了高速切削，取得了較好的效果。 零件結(jié)構(gòu)及精度分析 缸蓋是發(fā)動機的關(guān)鍵基礎(chǔ)件之一，其上表面是罩蓋安裝面，下表面與缸體上表面配合，左右分別是進排氣面，前面是前罩蓋，后面是變速器，六個表面都是配合表面，要尺寸準確，相互垂直，既要有好的平面度，更要有低的表面粗糙度。缸蓋上既有進排氣道，又有油路、水道，更密布有燃燒室、進排氣門導管孔、座圈孔、挺柱孔、火花

2、塞孔及凸輪軸安裝孔。六個大平面的平面度允差0.05mm，相互垂直、平行允差0.08mm，尺寸公差0.1mm，表面粗糙度Ra1.6，上下平面的銑削范圍Smax392×265.5mm2。從以上的分析可見：缸蓋是結(jié)構(gòu)復雜，內(nèi)腔多、壁厚薄、剛性差的箱體件；六個平面精度高，形狀、位置要求嚴格，平面加工范圍大；而壁厚薄、剛性差更增加了加工難度。 缸蓋的高速、高效切削涉及機床、刀具、材料等多方面，在機床、刀具、零件材料確定之后，把各方面有機地串聯(lián)在一起的就是加工工藝。因此欲實現(xiàn)缸蓋的高速、高效切削必須有科學、先進、合理的加工工藝：正確選擇毛坯；合理確定工藝基準；安排精益的工藝路線；工藝參數(shù)恰當；有

3、效而可靠地控制產(chǎn)品質(zhì)量。 我們公司缸蓋的加工設(shè)備是德國HELLER公司的高速加工中心，主軸最高轉(zhuǎn)速16000r/min，X、Y、Z軸進給速度可在16000mm/min內(nèi)隨意調(diào)節(jié)，快進速度60m/min，B軸轉(zhuǎn)速（360×1°旋轉(zhuǎn)分度工作臺）40r/min，主軸最大功率20/30kW，最大扭矩95/143Nm，X、Y、Z線性軸定位精度0.0021mm，重復定位精度0.00125mm，可見機床的功率、扭矩、主軸轉(zhuǎn)速、進給速度，以及定位精度完全可以滿足產(chǎn)品加工的要求，圖1為我們的缸蓋生產(chǎn)線。圖1 缸蓋生產(chǎn)線刀具的選用 刀具是機械加工中最關(guān)鍵、活躍的因素，它敏感地影響到加工質(zhì)量和加

4、工效率，應(yīng)慎重選擇。通過現(xiàn)場的實際加工，缸蓋平面加工刀具我們選擇了肯納公司的KSCM-AluMill高速面銑刀。KSCM-AluMill高速面銑刀由鋼制刀盤和鋁制刀體組成，在保證足夠剛性的前提下減輕了重量，且雙金屬結(jié)構(gòu)減少了振動；PCD刀片具有高硬度、高耐磨性、高導熱性及低摩擦系數(shù)，非常適用于鋁合金的高速切削；該刀具具有高金屬去除率，低加工毛刺的特點，有利于提高加工效率。通過幾個月的加工實踐，KSCM-AluMill高速面銑刀加工效果良好。 毛坯、基準和加工余量 缸蓋的材料是鑄造鋁合金，ZL107有良好的鑄造性，鑄件外觀狀態(tài)好、致密性好且精度高，適宜做復雜的零件，同時又具有良好的加工性，適于機

5、械加工?？紤]到缸蓋內(nèi)部既有油路又有水路，形狀和結(jié)構(gòu)復雜，機加工序多、周期長，且機加過程中不允許有大量的毛坯報廢，因此要求鑄件控制燃燒室表面不允許有任何鑄造缺陷，鑄件不允許有裂紋、冷格、縮孔、疏松及澆不足。為提高強度，我們增加了必要的加強筋，鑄件公差按GB/T6414-CT7級。同時，我們與毛坯廠家協(xié)商，在毛坯出廠前進行預(yù)加工，滲漏檢測，不合格毛坯不出廠。從而提高了進入生產(chǎn)線的毛坯質(zhì)量和加工效率，減少了機械加工的毛坯廢品，增加了成品合格率。 按六點定位原理，缸蓋底面上的三個凸臺為毛坯定位基準，三凸臺上表面和側(cè)面為高度和寬度方向的基準；進氣側(cè)23進氣道中隔的對稱中線為長度方向基準（實際定位面是23

6、進氣道側(cè)面）；為確保定位基準的精度，鑄件要控制三個凸臺定位表面的平面度和共面性，同時以此三個基準控制毛坯的孔系和面系的鑄造位置；精基準為一面兩銷，實現(xiàn)了加工中的基準統(tǒng)一。提高毛坯精度，減小加工余量，是實現(xiàn)高速、高效切削的措施之一，在缸蓋的面系加工中，我們將加工余量（單面）控制在3mm之內(nèi)。 工藝路線 工藝路線不僅會影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且對生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本也會產(chǎn)生影響，因此必須合理安排。確定工藝路線的原則為：1. 保證產(chǎn)品符合設(shè)計圖樣要求，且質(zhì)量穩(wěn)定。2. 有利于發(fā)揮設(shè)備與工藝系統(tǒng)的效能，方便操作，物流合理。3. 盡量做到生產(chǎn)周期短、效率高、成本低。缸蓋平面加工的具體工藝路線安排如下： 1. 以毛

7、坯基準定位，完成頂面及二定位銷孔的加工，形成頂面的一面二銷的工藝基準；同時完成前后面及前后面上的孔系加工；最后以較小的余量對頂面進行精加工，以確保頂面有高的平面度和低的表面粗糙度；前、后面和頂面一次加工完成，提高了相互間的垂直精度。尤其要注意的是，由于缸蓋內(nèi)腔多、壁厚薄、剛性差，且是毛坯定位，因此要避免出現(xiàn)安裝、定位變形；壓緊點要合理，壓緊力要適當，避免壓緊變形。             2. 以頂面及其上的二銷孔定位，加工底面及二定位銷孔，形成底面的定位基準，同時加工底面孔

8、系。本工序結(jié)束前以較小加工余量對底面及定位銷孔進行一次精加工，確保底面的平面度、與頂面的平行度，以及較好的尺寸精度和較低的粗糙度。 3. 以底面及其上的二定位銷孔為基準，加工兩側(cè)面，控制兩側(cè)面的平面度、垂直度、位置度和表面粗糙度，加工兩側(cè)面的孔系。 工藝參數(shù)、加工精度 缸蓋六個平面，粗銑及精銑，切削速度V25003000m/min，每齒進給量Fz0.120.15mm/z、進給速度Vf11.515m/min。加工后對零件進行檢測，平面度誤差最大不大于0.02mm，最小僅0.0034mm，上下面平行誤差最大為0.05mm，上下面、前后面相互垂直誤差僅為0.03mm，表面粗糙度Ra0.8?？梢哉f，缸

9、蓋的平面加工完全滿足產(chǎn)品的精度要求，平面度最大誤差僅為公差的40%，上下平面的平行度誤差較大也僅是公差的62.5%。 欲確保平面加工質(zhì)量，刀具必須鋒利，且切削角度合適，盡量減少軸向加工抗力，否則將產(chǎn)生振動，加工表面會出現(xiàn)振紋，破壞加工精度，使表面粗糙度變壞。其次，要切削適當余量，尤其是修光刃修光余量，應(yīng)能保證充分修掉精銑刀痕，使加工表面的平面度更好，粗糙度更低。為確保平面加工的質(zhì)量，還應(yīng)著眼于影響加工的整個系統(tǒng)。例如，我們在缸蓋加工中，曾發(fā)生第一凸輪軸孔在鎖瓦槽位置有較深劃痕（見圖2），檢查刀具，既沒有切削瘤，切削刃也沒有豁口，最后發(fā)現(xiàn)切削液的濾紙變了，新濾紙薄且濾孔較大，濾過的切削液出現(xiàn)了很多以前沒有的顆粒，從而說明換濾紙使切削液過濾效果變差，刀具擠壓切削液中的顆粒將孔劃傷。劃痕之所以出現(xiàn)在鎖瓦槽處，是因為該處切削液有回流積存了較多顆粒。更換濾紙后，切削液中的顆粒沒有了，凸輪軸的內(nèi)孔劃痕也不見了，如圖3所示。 圖2 內(nèi)孔有一環(huán)形劃傷 圖3 換濾紙后劃傷消失結(jié)語