乘用車氣缸套加工工藝研究論文
隨著乘用車輕量化、高效率的發(fā)展趨勢越發(fā)明顯，促使著氣缸套產(chǎn)品的升級(jí)換代也更加強(qiáng)烈。乘用車氣缸套更新?lián)Q代對產(chǎn)品有效壁厚的控制及加工精度的要求逐漸嚴(yán)格，有效壁厚減少到3mm，外圓加工精度由A產(chǎn)品的0.3mm公差到福特產(chǎn)品的0.15mm公差再到現(xiàn)在B產(chǎn)品的0.1mm公差，內(nèi)孔加工精度由0.15mm的圓柱度到0.07mm等加工精度逐漸進(jìn)行提升。在客戶高精度和高效率的要求下須要對機(jī)加工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化才能滿足大批量生產(chǎn)的要求。氣缸套精度受到設(shè)備、工裝、刀具、加工工藝、加工應(yīng)力、加工余量等各種因素的影響。本文是在公司現(xiàn)有設(shè)備、加工余量的前提下進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)，從改變刀具圓弧半徑參數(shù)和降低工裝預(yù)緊力對氣缸套加工后殘余應(yīng)力及尺寸形位公差的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和分析；進(jìn)而降低缸套殘余應(yīng)力，保證氣缸套尺寸和形位精度。
1減少氣缸套內(nèi)孔加工產(chǎn)生的形位偏差
由于氣缸套壁厚的'減少，使得氣缸套內(nèi)孔加工時(shí)發(fā)生彈性變形產(chǎn)生的形狀誤差加重。圖1為現(xiàn)有加工工藝正常生產(chǎn)的氣缸套內(nèi)孔典型的圓度形狀。根據(jù)乘用車鑄入式氣缸套內(nèi)孔加工時(shí)使用三爪外圓夾具夾緊且為干式加工，使得鐵屑的熱量不能及時(shí)排出，加重氣缸套變形。圖2中（1）為缸套預(yù)緊時(shí)發(fā)生彈性變形，（2）為缸套內(nèi)孔加工時(shí)缸套形狀，（3）為缸套內(nèi)孔加工后外圓恢復(fù)到原來情況，而氣缸套內(nèi)孔變形產(chǎn)生形狀偏差。從以上分析可以得出減少氣缸套內(nèi)孔變形產(chǎn)生的形狀偏差，可以考慮降低氣缸套工裝預(yù)緊力和鐵屑熱量來改善氣缸套內(nèi)孔形狀偏差。具體分析措施[1]如下：①降低夾緊油缸壓力；②增加切削次數(shù)，減少切削力；③增加卡盤卡爪數(shù)量或者增加工裝與氣缸套外圓接觸面積；④改變工裝夾緊方式；⑤改善切削環(huán)境等。綜合以上分析，在公司現(xiàn)有設(shè)備、加工余量、生產(chǎn)效率等前提下氣缸套內(nèi)孔加工時(shí)增加干燥空氣吹氣裝置，降低鐵屑熱量對其影響，在氣缸套端面增加活動(dòng)定位裝置可以降低工裝預(yù)緊力，因?yàn)槎嗣娑ㄎ豢梢缘窒糠智邢髁?，減少氣缸套外圓與工裝之間作用力，進(jìn)而降低預(yù)緊力。圖3為改進(jìn)之后氣缸套內(nèi)孔典型的圓度檢測a情況。
2降低氣缸套表面殘余應(yīng)力
[2-5]為降低氣缸套殘余應(yīng)力，提高氣缸套加工精度，而分析氣缸套殘余應(yīng)力主要形成原因：塑性凸出效應(yīng)、擠光效應(yīng)、熱應(yīng)力。力和溫度是切削過程中產(chǎn)生的兩種切削現(xiàn)象，直接對殘余應(yīng)力產(chǎn)生影響。產(chǎn)生殘余應(yīng)力的這些原因由于各種因素，它們之間也會(huì)產(chǎn)生相互加強(qiáng)或減弱影響，它們中的一種或者幾種主導(dǎo)著切削表面的塑性變形，從而影響缸套內(nèi)孔表面殘余應(yīng)力。本文通過改變刀具圓弧半徑來加工缸套，測量缸套加工后的殘余應(yīng)力，找到最優(yōu)的刀具圓弧半徑；達(dá)到降低缸套殘余應(yīng)力，提高氣缸套產(chǎn)品精度的目的。實(shí)驗(yàn)檢測設(shè)備為高速大功率X-射線殘余應(yīng)力分析儀（圖4），該設(shè)備采用X射線衍射方法對氣缸套表面進(jìn)行應(yīng)力檢測。殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因是各種因素產(chǎn)生塑性變形的疊加。對于降低殘余應(yīng)力的措施：如果在不改變現(xiàn)有加工方法、切削參數(shù)的前提下，可以從減少切削應(yīng)力來減少缸套的殘余應(yīng)力，提高氣缸套加工精度。圖5、圖6為不同圓弧半徑的刀具加工氣缸套后外圓殘余應(yīng)力檢測結(jié)果的對比，圖5為切削方向應(yīng)力，圖6為垂直于切削方向應(yīng)力。從以上試驗(yàn)結(jié)果可以得出隨著刀具圓弧半徑的增加對氣缸套表面因切削產(chǎn)生的垂直于切削方向的殘余拉應(yīng)力越大；切削方向的殘余應(yīng)力遠(yuǎn)小于垂直于切削方向的殘余應(yīng)力且沒有規(guī)律。因此在降低氣缸套表面殘余應(yīng)力時(shí)，可以使用較小圓弧半徑的刀具來改善氣缸套表面的殘余應(yīng)力。
3結(jié)束語
通過對乘用車鑄入式氣缸套內(nèi)孔加工的工裝改進(jìn)進(jìn)而降低工裝預(yù)緊力，降低了氣缸套內(nèi)孔因彈性變形導(dǎo)致的形狀偏差；使用X-射線殘余應(yīng)力分析儀檢測氣缸套表面殘余應(yīng)力，改變刀具圓弧半徑降低因切削產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，保證氣缸套加工的精度?？梢缘贸霈F(xiàn)有刀具圓弧半徑越大，產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力越大。下一步計(jì)劃從刀具材料、刀具參數(shù)等因素分析研究，達(dá)到提高刀具使用壽命，降低切削應(yīng)力的目的。
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