乘用车气缸套加工工艺研究论文

时间：2021-08-31

乘用车气缸套加工工艺研究论文

　　随着乘用车轻量化、高效率的发展趋势越发明显，促使着气缸套产品的升级换代也更加强烈。乘用车气缸套更新换代对产品有效壁厚的控制及加工精度的要求逐渐严格，有效壁厚减少到3mm，外圆加工精度由A产品的0.3mm公差到福特产品的0.15mm公差再到现在B产品的0.1mm公差，内孔加工精度由0.15mm的圆柱度到0.07mm等加工精度逐渐进行提升。在客户高精度和高效率的要求下须要对机加工艺进行改进优化才能满足大批量生产的要求。气缸套精度受到设备、工装、刀具、加工工艺、加工应力、加工余量等各种因素的影响。本文是在公司现有设备、加工余量的前提下进行研究实验，从改变刀具圆弧半径参数和降低工装预紧力对气缸套加工后残余应力及尺寸形位公差的影响进行实验研究和分析；进而降低缸套残余应力，保证气缸套尺寸和形位精度。

　　1减少气缸套内孔加工产生的形位偏差

　　由于气缸套壁厚的'减少，使得气缸套内孔加工时发生弹性变形产生的形状误差加重。图1为现有加工工艺正常生产的气缸套内孔典型的圆度形状。根据乘用车铸入式气缸套内孔加工时使用三爪外圆夹具夹紧且为干式加工，使得铁屑的热量不能及时排出，加重气缸套变形。图2中（1）为缸套预紧时发生弹性变形，（2）为缸套内孔加工时缸套形状，（3）为缸套内孔加工后外圆恢复到原来情况，而气缸套内孔变形产生形状偏差。从以上分析可以得出减少气缸套内孔变形产生的形状偏差，可以考虑降低气缸套工装预紧力和铁屑热量来改善气缸套内孔形状偏差。具体分析措施[1]如下：①降低夹紧油缸压力；②增加切削次数，减少切削力；③增加卡盘卡爪数量或者增加工装与气缸套外圆接触面积；④改变工装夹紧方式；⑤改善切削环境等。综合以上分析，在公司现有设备、加工余量、生产效率等前提下气缸套内孔加工时增加干燥空气吹气装置，降低铁屑热量对其影响，在气缸套端面增加活动定位装置可以降低工装预紧力，因为端面定位可以抵消部分切削力，减少气缸套外圆与工装之间作用力，进而降低预紧力。图3为改进之后气缸套内孔典型的圆度检测a情况。

　　2降低气缸套表面残余应力

　　[2-5]为降低气缸套残余应力，提高气缸套加工精度，而分析气缸套残余应力主要形成原因：塑性凸出效应、挤光效应、热应力。力和温度是切削过程中产生的两种切削现象，直接对残余应力产生影响。产生残余应力的这些原因由于各种因素，它们之间也会产生相互加强或减弱影响，它们中的一种或者几种主导着切削表面的塑性变形，从而影响缸套内孔表面残余应力。本文通过改变刀具圆弧半径来加工缸套，测量缸套加工后的残余应力，找到最优的刀具圆弧半径；达到降低缸套残余应力，提高气缸套产品精度的目的。实验检测设备为高速大功率X-射线残余应力分析仪（图4），该设备采用X射线衍射方法对气缸套表面进行应力检测。残余应力产生的原因是各种因素产生塑性变形的叠加。对于降低残余应力的措施：如果在不改变现有加工方法、切削参数的前提下，可以从减少切削应力来减少缸套的残余应力，提高气缸套加工精度。图5、图6为不同圆弧半径的刀具加工气缸套后外圆残余应力检测结果的对比，图5为切削方向应力，图6为垂直于切削方向应力。从以上试验结果可以得出随着刀具圆弧半径的增加对气缸套表面因切削产生的垂直于切削方向的残余拉应力越大；切削方向的残余应力远小于垂直于切削方向的残余应力且没有规律。因此在降低气缸套表面残余应力时，可以使用较小圆弧半径的刀具来改善气缸套表面的残余应力。

　　3结束语

　　通过对乘用车铸入式气缸套内孔加工的工装改进进而降低工装预紧力，降低了气缸套内孔因弹性变形导致的形状偏差；使用X-射线残余应力分析仪检测气缸套表面残余应力，改变刀具圆弧半径降低因切削产生的残余应力，保证气缸套加工的精度。可以得出现有刀具圆弧半径越大，产生的残余拉应力越大。下一步计划从刀具材料、刀具参数等因素分析研究，达到提高刀具使用寿命，降低切削应力的目的。

　　参考文献：

　　[1]陈树峰，马伏波.薄壁工件在夹紧力作用下变形量的计算[J].煤矿机械，2005（2）：70-72.

　　[2]樊宁，陈明，王慧.刀具几何参数对残余应力的影响分析[J].机床与液压，2009（11）：30-48.

　　[3]张亦良，黄惠茹，李想.车削加工残余应力分布规律的实验研究[J].北京工业大学学报，2006（7）：582-585.

　　[4]郭培燕，王素玉，张作状.刀刃半径对不锈钢切削表面残余应力影响的模拟[J].工艺与装备，2007（176）：39-41.

　　[5]徐颖强，郭彩虹，史祖衡.高速干切削工件表面残余应力分析[J].航空制造技，2012（17）：79-82

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