4G15气缸体

4G15气缸体（共3篇）

4G15气缸体 篇1

1概述

气缸体是发动机的重要基础部件, 运行中主要承受气体爆发压力和连杆曲轴运动系统对其施加的载荷, 因此在发动机设计中要求气缸体具有足够的刚度和强度。为了保证气缸体的使用寿命, 对疲劳强度也有较高的要求。为了评定气缸体在发动机工作状况下的可靠性, 需要对气缸体进行疲劳性能试验。这种试验通常在液压缸体疲劳试验机上进行, 模拟在一定爆发压力下运转的发动机气缸体的受力情况, 以及对其施加一定的脉动载荷情况下进行气缸体疲劳试验。

经过10年的试验摸索及相关工作, 现已形成完备的试验方法, 成功地制造了性能优异的缸体疲劳试验机, 试验方法和设备水平已与国际接轨。同时, 积累了大量的试验数据和试验成果, 现将部分内容进行简单介绍。

目前, 国内的气缸体材料多为铸铁和铝合金, 大机型气缸体多使用灰铸铁, 尤其以HT250为主。本文主要介绍了灰铸铁气缸体在疲劳试验中的试验件损坏情况。

2试验原理

气缸体疲劳试验的加载方式见图1。试验主要考核主轴承壁 (或连体主轴承壁) 、缸套、气缸体本体, 同时对其它相关零件也有一定的考核作用。

在气缸体疲劳试验中, 液压设备加载的压力通过相关夹具首先传递到活塞连杆系统, 然后传递到主轴承壁及气缸体整体。在试验过程中, 相关紧固件同时受力, 在加载的油腔部分缸套和缸垫同时受到考核。

3试验状态

对气缸体疲劳试验而言, 是对气缸体进行液压加载的破坏性试验, 从而得出气缸体的安全系数范围和疲劳寿命, 同时找到气缸体的薄弱部位, 为设计和生产部门提供数据和改进建议。

每个气缸体疲劳试验都需要加工模拟气缸盖、模拟曲轴等一系列夹具, 同时要安装活塞连杆系统、紧固件和气缸垫等零件以尽量贴近真实工况, 因此存在“理想状态”的问题, 即在气缸体疲劳试验中, 夹具、活塞连杆系统、紧固件和气缸垫有足够的承受能力 (包括受力和密封能力) 的试验状态。在理想试验状态下受到考核并首先损坏的是主轴承壁、缸套部位和气缸体整体。与之相对的在气缸体疲劳试验中, 首先受力损坏的是除气缸体外的其它零件的试验状态, 本文中称之为“非理想状态”。

未将活塞连杆系统、气缸垫等零件用夹具代替是因为要在尽量贴近真实工况、减少工作量的同时对气缸体外的其它零件进行考核。

4试验件损坏分类

理想状态和非理想状态是根据试验结果 (损坏部位) 界定的。本文根据试验结果将气缸体疲劳试验件损坏分为两大类, 即理想状态和非理想状态, 在这两大类下又进行了细化, 具体分类见表1。

以上损坏部位和形式中很多为单独1种损坏, 但也有2种以上损坏形式同时出现的情况, 在这种情况下就需要进行失效分析, 根据材料、结构和台架等综合情况判断第一损坏部位, 以确定整个气缸体真正的薄弱部位, 为设计部门改进设计提供依据。

5实例分析

某气缸体材料:HT250。

试验条件:缸内压力27 MPa;试验频率5 Hz。

运行次数:260万次。

试验结果:气缸体端面损坏, 肉眼可见裂纹, 长度约10 cm, 见图18。

磁粉探伤:气缸体一侧的端面整个断裂 (图19) , 但其它位置未发现裂纹。

断口:将裂纹处取样剖开后, 未发现明显疲劳源。

受力:在气缸体疲劳试验中, 气缸体端面会受到从主轴承盖螺栓处垂直向下的频繁拉力作用, 受力方向见图18。

分析:对断口 (图20) 进行观察, 倾向于此气缸体在端面定位孔内侧下方的圆角处 (图21) 产生应力集中并首先开裂, 之后由于气缸体端面继续受力, 导致裂纹向两侧及向外侧延展, 从而将端面撕裂。

试验结果提供给设计部门后, 对气缸体相关部位进行了更改和加强设计, 更改后的气缸体成功地通过了第2轮疲劳试验。

6结束语

在进行气缸体疲劳试验时, 由于加载的液压压力远大于发动机的正常工况, 会产生损坏其它零部件的情况, 所以气缸体疲劳试验不仅考核气缸体的可靠性, 同时也考核相关零件的疲劳性能, 这对汽车零部件的开发设计是至关重要的。同时, 根据气缸体及其它零部件损坏的方式、位置可以判断疲劳试验中受力的薄弱部位, 进而给设计部门提供设计依据。

薄壁气缸体零件的夹具设计 篇2

关键词：气缸体,夹具,加工工艺

0 引言

高精度、薄壁腔体类零件在机械行业的应用越来越广泛,但薄壁腔体类零件在加工过程中存在着以下问题:(1)由于壁薄、刚性差、强度弱,在夹紧力的作用下容易产生变形,从而影响工件的尺寸精度和形状精度,不易保证加工质量;(2)因工件较薄,切削热会引起工件热变形,使工件尺寸难于控制;(3)在切削力、特别是径向切削力的作用下,容易产生振动和变形,影响工件的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度。[1]

1 气缸体零件的加工工艺

1.1 零件的工艺分析

图1为一气缸体零件,毛坯选用标准铝合金气缸体型材,其内孔尺寸为Φ63,铝型材长2m。要求加工型材两端面并倒角,保证零件总长60mm,且要求零件两端面与内孔的垂直度为0.025mm,大批量生产。

该气缸体零件加工时主要考虑以下问题:

(1)保证位置精度。图纸要求保证零件的两端面与内孔的垂直度为0.025mm,要求较高,应以该气缸体零件的内孔面作为定位基准面较合适。由于该零件壁较薄,最小壁厚处只有2mm,其强度和刚度差,因此在零件的加工过程中容易产生各种变形,如在夹紧时由于夹紧力作用易产生变形,或者加工过程中由于机床的振动,容易产生振动和变形,难以达到尺寸及位置精度等要求。

(2)批量生产时应注意提高生产效率。对于批量较大的生产,应考虑采用合适的夹具装夹工件,以使装夹方便,免去工件逐个找正对刀所花费的时间,快速装夹有利于提高生产率,并且可以准确确定工件与机床、工件与刀具之间的相对位置,并且能可靠和稳定地获得位置精度[2]。

1.2 机械加工工艺

为提高生产效率,减少装夹时间,进行大批量生产,现确定加工工艺方案如下:(1)备料;(2)锯床下料,长62mm;(3)车床粗加工两端面,留余量(夹具装夹);(4)车床精加工两端面至总长尺寸,两侧倒角C2(夹具装夹)。

2 专用夹具设计

如采用一般的间隙配合心轴进行装夹,则工件装卸比较方便,但由于工件毛坯内孔处公差为0.074mm,工件内孔与心轴配合处的间隙产生出基准位移误差ΔY较大,不易保证零件的垂直度0.025mm。为了保证工件在加工时定位准确、装夹方便,并且减小薄壁零件在加工过程中的振动,通过分析该零件毛坯,采用Φ63+00.074内孔作为定位基准面,符合基准重合原则,可使基准不重合误差ΔB=0[3]。

笔者设计的专用夹具见图2,利用该夹具进行加工,既能保证加工精度,也能提高批量加工的生产效率。

2.1 夹具结构

该夹具采用H591的Φ70铜棒制造,先经车削、钻削初步加工至一定尺寸,留足够余量,再经线切割分成大小相同的三等分铜片。首先将车床三爪卡盘的三卡爪调整至合适位置,采用氧气焊接方式,使三铜片与三爪卡盘的三卡爪分别焊接成一个整体。经安装调整后,再次对铜片进行车削外圆、镗削内孔,并倒角至零件要求尺寸。图2中阴影部分为线切割去除材料部分,铜片加工后与工件配合处外径尺寸为Φ63+00.05mm。

焊接铜片时,应使铜片与三卡爪具有初步正确的位置,可采用铜丝制作铜丝环(见图3),外圈铜丝以卡盘外圆作定位基准,内圈铜丝可初步保证三铜片与卡爪的相应位置。

2.2 装夹过程及特点

图4为夹具装配图。工件加工前装夹时,先扳动卡盘扳手,使三个卡爪向内收缩以便安装工件,再使三个卡爪向外伸展,利用铜片向外伸展时与工件间产生的相互作用力来夹紧工件。操作时应用手握住工件,注意调整工件与夹具间的配合,并使工件的一端面抵住夹具的台阶面,此台阶面为零件加工时轴向的定位基准,以保证长度尺寸,提高生产效率。加工结束后,只需松开卡爪,即可卸下零件。

此夹具可使工件的安装与夹紧一次完成,具有定心的同时将工件夹紧的特点。不仅大大提高了生产的效率,并且由于铜片随卡爪同步趋近或离开工件,不论铜片处于何位置,其对称中心的位置不变,以保证工件的定位基准位置不变,基准位移误差ΔY=0,使得定位误差ΔD=0,可实现工件两端面与内孔的垂直度要求。

3 加工参数的确定

薄壁气缸体零件在粗加工时,背吃刀量ap和进给量f可以取大些;精加工时,背吃刀量ap控制在0.2mm～0.3mm,进给量f取0.1mm/r～0.2mm/r甚至更小,切削速度vc取3m/min～5m/min。

薄壁气缸体零件材料为铝合金型材,可以采用YT30硬质合金刀具,刀具的前角γo取5°～20°;刀具的主偏角κr对切削力的影响较大,为减小切削力,可选取较大的主偏角75°～90°[4]。

4 结语

利用该专用夹具实际加工生产薄壁气缸体零件,具有夹紧可靠、定位精度高、工件装夹方便、产品加工合格率高、使用寿命长等特点。其加工过程平稳,无噪声。经检验,工件精度完全符合工艺要求。

从实际应用效果来看,该加工方案合理适用,能够满足该零件的加工要求,具有使用和推广价值。

参考文献

[1]刘峻.薄壁零件的加工工艺研究[J].机械研究与应用,2011(3):58-61.

[2]赵志修.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社,1998.

[3]戴陆武.机床夹具设计[M].西安:西北工业大学出版社,1990.

气缸体特殊部位加工解决方案 篇3

平旋盘基本原理

平旋盘 (见图2) 加工主要用于镗削及车削, 刀具与工件进行相对运动, 无论是刀具回转还是工件回转, 基本原理相同, 以普通镗床平旋盘为例 (见图3) , 镗床平旋盘带动镗刀旋转, 工作台带动工件做纵向进给运动。镗床平旋盘可随主轴上下移动, 自身还可做旋转运动。其中部的径向刀架可做径向进给运动, 可使刀具处于所需的任一位置。

利用刀架使镗刀处于偏心位置, 即可镗削大孔、镗削内槽, 平旋盘带动镗刀旋转, 径向刀架带动镗刀做连续径向进给运动。若将刀尖伸出刀杆端部, 也可以镗削孔的端面。

1.镗刀2.刀杆3.刀杆座4.镗床主轴座5.主轴6.径向刀架

1.工作台2.箱体3.刀杆架4.径向刀架5.平旋盘6.主轴箱

在发动机零件的加工上平旋盘较多应用在专机上, 通过伺服控制主轴内部拉杆轴向移动, 通过位移转换机构驱动滑块径向进给进行加工。

应用范围及硬件要求

(1) 加工范围广平旋盘因具备胀刀功能, 能完成一些锥孔、R面、车螺纹等复杂型面的加工。

(2) 对硬件要求高其特殊的驱动及控制结构对设备要求高, 需具备的基本硬件条件:具备径向进给功能的刀具;具备能够驱动径向进给的机床。

在加工中心上的应用

1. 可行性分析

以该厂排量11L柴油机气缸体止推面加工为研究目标。

(1) 工件预加工状态缸体已装轴承盖, 主轴孔完成粗加工。

(2) 结构及加工精度分析两个止推面均为在轴承档侧面上的浅槽加工, 其中外侧R面敞开性好, 加工难度不大, 内侧R面处于曲轴腔内, 因轴承盖干涉, 通常刀具不易加工到;精度上两止推面间厚度尺寸精度达微米级, 且对主轴孔端跳动要求也在2μm左右, R半径以及粗糙度要求均较高, 采用常规铣削的方式精度不易保证。

两止推面属于规则的R面结构, 且加工尺寸相同, 平旋盘径向进给功能可以加工出R面, 通过调整刀具间距离可以控制两止推面间的厚度尺寸。

2. 工艺方案

难点分析:首先, 通常平旋盘结构单薄, 对于背吃刀量达2mm, R半径达74mm的重力切削, 平旋盘刚性显不足;其次, 由于气缸体是装上轴承盖后进行的组合加工, 缸体和轴承盖材质不同 (机体材料为灰铁, 轴承盖为球铁材料) , 切削性能有差异;此外, 产品要求止推面相对主轴孔有跳动要求, 主轴孔由镗排镗出, 止推面则由平旋盘加工, 两次加工间有误差, 这样不利于保证止推面以主轴孔为基准的跳动要求。

刀具及设备选择:为保证刀具刚性及减少两次加工误差, 综合考虑最终采用了将平旋盘集成在镗排上来进行加工的方案, 刀具结构如图4所示。加工设备选用德国设备MCX900HV, 该设备具备U轴, 为立卧复合五轴联动数控加工中心, 主要技术参数如下。

(1) X、Y、Z轴精度 定位精度0.008mm, 重复定位精度0.004mm。

(2) 数控回转台 位置控制0.001°, 定位精度6″, 重复定位精度4″。

(3) 主轴 主轴前轴承直径100mm, 速度范围20～8000r/min。

刀具连接器采用DIN 69893 HSK 100 (内冷式刀具) 形式A。

3. 方案特点

平旋盘和主轴孔镗排集成设计有一定难度, 但集成后有如下优点:

(1) 由于主轴孔镗排用于半精镗、精镗主轴孔, 刀具本身结构刚性好 (镗杆直径105mm) , 平旋盘设计在镗排上刚性可得到保证。此外, 镗排由于自重大、悬伸长, 为避免刀具下垂, 在使用过程中还配有专用夹具 (镗模架) 进行加工, 镗模架有三个中间支撑, 可保证镗排稳定工作。

(2) 由于主轴孔和止推面是用一把刀具同时加工, 加工止推面是以主轴孔为基准, 可保证止推面跳动。

(3) 两R面同时加工, 相互间位置精度保持性好。

(4) 刀具集成化, 大大减少了刀具使用数量。

4. 加工过程

刀排较长且自重大, 无法通过换刀臂自动换刀, 需由布置在机床一侧的镗排交换单元进行自动装卸。与其他装刀方式不同的是, 镗排不是直接先装在机床主轴上, 而是先由交换装置将镗排自动送入工件主轴孔中, 工作台行进到加工区域主轴端, 镗排刀柄再与机床主轴连接。同时, 平旋盘U轴与主轴端面键 (机床U轴) 自动联接。加工时主轴旋转带动镗排进给半精镗、精镗出主轴孔, 平旋盘刀具随镗排沿轴向平移到止推面位置精确定位, 机床主轴带动镗排旋转, 程序控制机床U轴驱动两把平旋盘车刀同时横向车刀, 依靠伺服电动机驱动进给, 由电动机内的编码器进行路径测量, 以此加工来保证R半径大小。

技术特点

平旋盘刀具只有结合特定的数控设备才可用于加工。在加工中心上, 此类刀具配有CNC控制单元与机床伺服系统连接, 另配有连接轴完成驱动, 用以实现U轴与机床主轴联动, 该刀具具有以下结构特点:

(1) 平旋盘与镗排集成通过镗排柄部与机床主轴前端精确定位后, 直接与机床主轴端联接, 主轴通过端面键带动转盘旋转。由于与机床主轴是两个独立体, 所以加工时不会影响机床主轴精度, 且装拆方便。

(2) 滑块驱动采用伺服电动机作为滑块动力源, 由主机数控系统U轴功能实现对滑块运动的计算机半闭环控制, 有效提高机床自动化程度。

(3) 传动主要传动零件均保证采用高精度配套件, 如精密轴承、滚珠丝杠副、高刚度精密滚动直线导轨副, 加之合理可靠的机构设计, 使数控平旋盘性能和精度都有显著提高。

对于止推面加工, 在加工中心上以往只能采用三面刃铣刀盘走圆弧插补铣削机体外侧R面后, 铣刀穿过缸体曲轴孔走圆弧插补反加工内侧R面, 平旋盘加工与传统铣削方式的技术比较见下表。

结语