為增強企業(yè)的市場競爭力，我公司開發(fā)研制了某款新型汽油發(fā)動機。該發(fā)動機采用直列四缸、單缸四氣門結(jié)構(gòu)，雙頂置凸輪軸，平底挺柱（無搖臂，凸輪軸直接驅(qū)動氣門工作），排量為1.075L，性能優(yōu)良，技術(shù)領先國內(nèi)水平。
由于新型發(fā)動機氣缸蓋（見圖1）與公司傳統(tǒng)的氣缸蓋存在著較大區(qū)別，其結(jié)構(gòu)更加復雜、精度要求更高，技術(shù)難度很大，在原生產(chǎn)線上無法生產(chǎn)，為此公司組建了一條新氣缸蓋生產(chǎn)線。
圖1 新型發(fā)動機氣缸蓋
生產(chǎn)線的裝備情況
氣缸蓋是典型的箱體類零件，結(jié)構(gòu)復雜。新氣缸蓋生產(chǎn)線要求多種產(chǎn)品共線生產(chǎn)，同時還要考慮后續(xù)產(chǎn)品的升級改進工作，因此，新線采用了全柔性方案，設備以加工中心為主。氣缸蓋柔性生產(chǎn)線設備以進口為主，線上單機生產(chǎn)，人工上下料，自動夾緊，自動加工，工序間采用自動輸送線輸送。
1. 主要加工設備
氣缸蓋柔性生產(chǎn)線由粗加工線和精加工線兩部分組成，粗加工線由日本MAKINO公司和大隈公司的設備組成，精加工線由原德國Hüller hille公司和EX-CELL-O公司的設備組成。上述設備均為臥式加工中心，四軸可控，三軸聯(lián)動加工。
粗加工線承擔氣缸蓋大部分孔系的加工內(nèi)容，主要設備有：大隈公司的MA-50HA型加工中心，主軸最高轉(zhuǎn)速達12 000r/min，各軸定位精度為0.01mm，重復定位精度0.006mm；MAKINO公司的J4M型加工中心，主軸最高轉(zhuǎn)速可達16 000r/min，各軸定位精度為0.006mm，重復定位精度為0.003mm，換刀時間1.7s（T-T）。
精加工線主要用于精加工底平面、氣門導管、氣門閥座和凸輪軸孔的精加工，加工難度較大，采用了大量的先進加工技術(shù)。主要設備有：Hüller hille公司的SPECHT 500型加工中心，主軸最高轉(zhuǎn)速為12 000r/min，各軸定位精度0.01mm，重復定位精度0.006mm；EX-CELL-O公司的XS321型加工中心，主軸最高轉(zhuǎn)速為8 000r/min。
另外，生產(chǎn)線上還選用了自動化程度非常高的日本島田6553專用氣缸蓋清洗機。該設備采用渦流清洗和真空干燥方法，使復雜型腔內(nèi)的鋁屑能隨渦流流出，可靠地保證了零件的清潔度要求。
為降低勞動強度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，批次號打印工序，氣門座、氣門導管和碗形塞片的壓裝工序以及氣密性試驗、凸輪軸軸承蓋螺釘擰緊等工作均采用專用設備進行。其中，擰緊凸輪軸蓋螺釘?shù)牧財Q緊機采用德國博世公司生產(chǎn)的MtB/PVA12，該擰緊機操作方便，工作穩(wěn)定。
氣缸蓋柔性生產(chǎn)線對工件的氣門導管、氣門座和其安裝孔處尺寸的測量選用了專用的進口測量設備，分別為德國HOMMEL公司的電子量儀和日本東京精密的氣動量儀，具有操作方便、人為因素影響小、測量精度高的優(yōu)點。
此外，整條生產(chǎn)線全部采用了專用機動滾道，大大降低了操作者的勞動強度，有效地減少了工件傳送易產(chǎn)生磕碰傷的問題，同時也方便了現(xiàn)場管理。
2. 零件的定位及夾具的設計
加工過程中合理選擇工件的定位方式對保證工件的加工質(zhì)量有著重要的意義。根據(jù)氣缸蓋的結(jié)構(gòu)特點，粗基準采用6點定位原理，底面3點定位，排氣面2點，后端面1點。精基準采用“一面兩孔”定位，氣缸蓋精基準的選擇滿足了“基準統(tǒng)一”原則。采用這種“一面兩孔”的定位方式，可以很簡便地限制工件的6個自由度，定位穩(wěn)定可靠，夾緊變形小，易于實現(xiàn)自動定位和自動夾緊，便于操作。
為保證加工過程中工件定位夾緊的可靠性，氣缸蓋柔性生產(chǎn)線上的加工中心均采用了專用液壓夾具。該夾具具有如下功能：夾緊力可視可調(diào)整，在滿足加工要求的情況下，可以最大程度地減小工件的裝夾變形；各定位面設有氣密性檢測功能，加工時使工件與定位面能正確接觸，保證了工件的定位精度；同時，還具有自動沖洗夾具定位面功能；為方便操作，在夾具上還設置了工件粗限位和防止工件脫落等裝置，減小了操作者的勞動強度。
另外，為了提高機床的工作效率，所有加工中心均采用了雙托盤結(jié)構(gòu)，每個托盤上安裝一套夾具。這樣，在機床工作的同時，操作者可利用外側(cè)的夾具裝卸工件，避免了裝卸工件占用加工時間。
3. 刀具的選擇
新型氣缸蓋本體材料為鑄鋁，切屑較粘且易粘刀，而進、排氣門座和氣門導管的材料是粉末冶金，特點是硬度高，這些都給切削加工帶來了一定的困難。
為了獲得較高的產(chǎn)品質(zhì)量，我們的刀具均采用進口產(chǎn)品，主要廠家有德國MAPAL和日本馬克托羅、三菱等，刀具材料大部分采用硬質(zhì)合金。在凸輪軸孔和氣門導管、氣門閥座等精度要求高的部位還采用了PCD、CBN刀具，在加工過程中采用較高的切削速度，較低的進給量。
由于鑄鋁氣缸蓋的加工多為高速切削，因此，刀具與主軸接口采用了HSK結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的刀柄后部錐面和端面同時與機床主軸配合，定位精度高，特別適合高速切削。
為保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量，提高刀具使用壽命，加工時在澆注外部冷卻液的同時，大多數(shù)刀具還采用了內(nèi)冷功能。高壓冷卻液通過機床主軸從刀具內(nèi)部沖出，澆到切削刃上，然后帶著切屑從刀具的排屑槽排出，可以起到很好的冷卻、潤滑、排屑的功效。
生產(chǎn)線上的關鍵工藝技術(shù)
由于新氣缸蓋結(jié)構(gòu)復雜，加工精度又高，針對不同的結(jié)構(gòu)做好加工工藝分析、并制訂合理的工藝方案對保證氣缸蓋的加工質(zhì)量有著重要的作用。
新型氣缸蓋關鍵加工工藝的具體分析如下：
1. 氣缸蓋氣門座、氣門導管孔系統(tǒng)的加工
氣門座圈和氣門導管的加工是整個氣缸蓋機械加工的關鍵，其加工精度對發(fā)動機的性能有著重要影響。為保證氣門座圈工作錐面對導管孔的跳動、氣門座錐面表面粗糙度、氣門導管的直線度以及對其外圓同軸度的影響，減少工序成本、提高生產(chǎn)效率，需要從氣門座圈與導管孔底孔的加工、專用復合刀具的采用、刀具材料的選擇、冷卻方式、切削參數(shù)等各影響因素的分析、控制來滿足加工工藝要求。
底孔的同軸度誤差會造成氣門閥座和導管孔精加工余量的分配不均，從而影響到終加工精度，因此，氣門導管、氣門座安裝孔的加工采用硬質(zhì)合金復合鏜刀一次完成。
氣缸蓋氣門座、氣門導管孔尺寸精度要求高，材料均為粉末冶金，特點是硬度高、加工難度大。對此，氣門導管、氣門座的加工采用進口MAPAL復合鏜鉸刀。該鏜鉸刀為機夾刀片結(jié)構(gòu)，刀片材料為CBN，使用壽命長，專用復合刀具要求的剛性足夠，制造精度高、徑向跳動小、同軸度高，還需有較小的不平衡量。
2. 氣缸蓋凸輪軸孔的加工
氣缸蓋凸輪軸孔的直徑公差、圓度、粗糙度、同軸度以及孔位置等精度要求都很高，加工難度大。如果5個同軸的凸輪軸孔從兩側(cè)加工，加工時，機床回轉(zhuǎn)工作臺（B軸）需帶工件回轉(zhuǎn)180°。由于工作臺回轉(zhuǎn)后存在誤差，無法保證凸輪軸孔的加工精度，因此只能采用長刀桿，從缸蓋一端進刀一次加工完成5個孔。
在新缸蓋生產(chǎn)線中，根據(jù)凸輪軸孔的精度要求，將凸輪軸孔的加工分粗加工、半精加工和精加工三步來完成。
首先，在裝配凸輪軸軸承蓋之前，先進行粗加工，用球頭銑刀銑出兩組半圓孔，留出單邊0.75mm的加工余量。然后，在裝配凸輪軸軸承蓋之后，再采用整體鏜刀（焊接PCD刀片）進行凸輪軸孔的半精加工。最后，為保證凸輪軸孔的加工精度，采用專用的整體硬質(zhì)合金鏜刀進行精加工，根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點，進、排氣凸輪軸孔設計采用同一把刀具加工。
由于工件凸輪軸孔處結(jié)構(gòu)的限制，精加工的鏜刀桿長度直徑比大，刀桿剛性降低，因此，精加工鏜刀桿采用了PCD支撐導條的結(jié)構(gòu)。其作用如下：防止加工中刀桿的振動，提高孔的形狀精度和表面質(zhì)量；通過導條的支撐作用，可以避免刀桿在加工過程中由于切削力的作用而產(chǎn)生的讓刀現(xiàn)象，可以提高加工孔的尺寸精度；通過導條可以在已加工孔中起到導向作用，保證了凸輪軸孔的同軸要求。由上述分析可以看出，支撐導條結(jié)構(gòu)對保證凸輪軸孔的加工質(zhì)量起到了重要的作用。
結(jié)束語
目前，這條生產(chǎn)線已投入批量生產(chǎn)，加工產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)線順利通過了實際生產(chǎn)使用的考驗，哈爾濱東安汽車動力股份有限公司的這條缸蓋柔性加工線已成為先進缸蓋加工線的成功案例。
（轉(zhuǎn)載）
