宝马汽车的著名与其“心脏”——发动机的制造实力密不可分。这里找到一套宝马发动机的设计图,对发动机加工工艺进行详解,有了这些,你能造出来吗?
一、缸体尺寸特性要求
下图所示为一项发动机最终产品尺寸示意图,包括缸体顶面、缸孔、曲轴孔精加工尺寸,有关要求说明如下:
▲发动机最终产品尺寸示意图1
缸体顶面尺寸:缸体顶面到曲轴孔距离尺寸公差为0.08 mm,顶面粗糙度为Rmax12.5 μm,顶面对曲轴孔的平行度为 0.05 mm,顶面平面度为0.05 mm。
▲发动机最终产品尺寸示意图2
二、顶面精加工各项工艺控制
1.缸体的装夹定位按照产品图纸进行设计。因图面尺寸基准为底面及底面两定位销孔,而这类基准在前面工序已加工出来,所以缸体顶面加工定位基准为底面及底面两定位销孔,这样消除了因基准转换造成的精度误差。7.车间温湿度控制。控制设定恒温20±2℃、相对湿度40%~60%,减少热胀冷缩对缸体精加工的影响。
▲缸体顶面尺寸检测报告
三、缸孔精加工各项工艺控制
缸体缸孔精加工尺寸要求高,是工艺制造控制的重点。为了保证缸孔珩磨的质量,需在珩磨前把缸孔直径尺寸公差控制在±0.01 mm,即只允许有20 μm的公差带通过气检后方能进来珩磨机进行铰珩,而在缸孔入珩磨前,需先在加工中心精镗缸孔到预定尺寸,其加工工序如图所示。
▲加工工序图
精镗刀采用内冷结构,保证在切削过程中产生的热量及时被带走从而降低局部加工的温度、提高缸孔表面质量。根据最终产品图纸对比,珩磨前工序缸体缸孔直径精镗后预留有0.04~0.05mm 加工余量给后面珩磨机铰珩,粗糙度控制在 Rz10~20μm,圆柱度控制在 0.015mm,而位置度直径0.2 mm和垂直度 0.05mm/150 mm 与产品图纸一致,即在保证位置度和垂直度情况下通过铰珩来控制缸孔的粗糙度、直径、圆柱度。缸体缸孔精镗后通过在线气检设备检测缸孔直径,符合的产品通过机动辊道进入珩磨机。虽然进口缸孔铰珩设备(如德国某知名珩磨机)一次性投入较大,但后期加工成本极低,且加工质量稳定。采用立式珩磨机进行加工。在加工过程中,珩磨头的油石在胀缩机构下作径向进给,把工件逐步加工到所需尺寸,珩磨头外周镶有 6~9根铰珩砂条,粗珩可采用6根,精珩采用9根,长度约为缸孔长度 1/3~2/3。珩磨时往返速度控制在 25~35 m/min,珩磨效率较高,珩磨往复换向加速度越大,换向时所形成的圆弧过渡区域越小,珩磨网纹质量越高。
四、曲轴孔精加工各项工艺控制
常用的汽油发动机最大转速可达6000 r/min对曲轴孔工艺要求高,为了保证曲轴孔珩磨的质量,需在珩磨前把曲轴孔直径尺寸公差控制在±0.015 mm,即只允许有0.03mm的公差带通过气检后方能进来珩磨机进行平台珩,而在曲轴孔进入珩磨前,需先在加工中心精镗曲轴孔到预定尺寸,其加工工序图如图所示。
▲曲轴孔工序图
加工中心精镗刀采用内冷结构,由于曲轴孔深度大、达300 mm,故对镗刀要求也高,采用CBN材质刀片,其结构如图所示。
▲镗刀结构图
刀具选用很关键,选用了mapal品牌,该刀具上带有4根半精镗刀片和6根精镗刀片。在加工过程中,先由刀片扩引导孔,切削掉大部分余量,然后由半精镗刀片镗至 直径48.79 mm,留0.2 mm的余量给 直径 48.995 mm 刀片进行切削;先镗曲轴孔第1档、第2档的位置,然后旋转转台,镗另一侧曲轴孔第5档、第4档、第3档的位置。根据最终产品图纸对比,珩磨前工序缸体曲轴孔直径精镗后预留有0.04~0.05 mm加工余量给后面珩磨机平台珩。平台网纹的曲轴孔与普通珩磨的曲轴孔相比,磨合期缩短了 1/3~1/2,寿命提高 10%~20%,扭矩提高 5%,机油消耗降低 50%~60%。平台珩粗糙度控制在Rz10-20 μm,圆柱度控制在0.01 mm,而位置度 直径0.2 mm、圆度0.01 mm、同轴度0.008 mm,也通过平台珩达到产品尺寸要求。
▲曲轴孔尺寸检测报告
以上针对发动机缸体顶面、缸孔、曲轴孔精加工,采用自锁式夹具及辅助支撑设计,选用先进的刀具材料和刀具组合结构,控制加工温湿度,控制好加工工艺参数、切屑余量等工艺措施,保证了产品精加工精度要求,进而保证了产品装配与量产性能。