Automobile Technology & Material
发动机铝合金气门室罩盖防变形装夹工艺研究
赵亮 郭华卫 郑佳春 王智 齐光辉 李鸿波130022） （中国第一汽车集团有限公司研发总院，长春
摘要：通过对铝合金罩盖常规机加工艺常见的问题进行阐述，描述了基准面加工后平面度的超差问题，同时对问题进行了深入的剖析并确定了原因，原因在于夹具的强度及夹紧力影响了基准面的平面度，通过对夹紧力的探索，提出了问题解决方案。通过实践得出了正确的加工参数及一元线性回归方程，满足了基准面的平面度要求及其他加工面的加工要求，对后续该类零件的加工具有指导性意义。关键词：加工变形 夹紧力 平面度TH16 B Doi：10.19710/j.cnki.1003-8817.20180242中图分类号： 文献标识码：
1 前言
发动机铝合金气门室罩盖是发动机的关键零件，因此其正确的加工工艺非常重要，铝合金零件在加工时容易产生变形[1]，因此如何控制铝合金件的变形问题成为了工艺难题；加工变形的原因主要包括切削参数的选择和装夹工艺参数的选择[2]，本文的核心内容是铝合金气门室罩盖的防变形装夹工艺研究。
2 问题描述
在某一款发动机气门室罩盖的第一序加工中，基准面加工后平面度超差严重。具体工艺方案如下：
以铸造的工艺凸台支撑并压紧工件，定位方A式采用两个预加工点火线圈孔定位，加工 基准A A 0.05 mm面以及 面上的孔，保证基准面 平面度 满足要求；装夹方式采用组合夹具装夹，三点支撑
1工艺凸台并压紧，具体支撑及压点如图 所示。
1983—），作者简介：赵亮（ 男，工程师，研究生，主要研究方向为新产品试制。
考虑到罩盖形状复杂，且工艺凸台与定位销不在一个平面上，为避免零件毛坯与夹具干涉，通过组3 120 mm；合夹具，使用 个支撑柱将工艺凸台垫高 定45 mm位销安装在 高的固定块上，实现一面两销的定位方式，限制工件的六个自由度，具体工装及装夹2后的效果如图 所示。以上方案是本铝合金罩盖的定位夹紧方式， 0.20 mm，粗加工时留余量 等于不粗加工，加工后20- 22 ℃零件在自由松紧状态及室温 下进行测A 0.082 5 mm，量，基准面加工后平面度达到了 相0.05 mm 0.032 5 mm对于图纸要求的 超差 。对于此种情况，对基准面的多点进行了测量，分析问题的原因。
3 问题分析
对基准面的多点进行了测量，通过平面度趋
182x409 mm势图可以看出，被测 的平面呈现两端低中间高的趋势，且分别测量两个不同的工件，平3面度趋势基本一致，具体数据见图 。所以，此问题很有可能是变形引起的。一种可能是工件装夹时，夹紧力导致工件变形；另一种可能是零件材料残存加工应力，引起加工变形，造成平面度超差。
首先，分析是否是零件材料残存加工应力，引起加工变形，造成平面度超差。排查方法：同一个工件，不同的加工余量对比分析，使用相同的夹紧力距30 N · m， 1.5 mm 0.2 mm，两次加工余量分别为 和 两
4次加工后平面度对比分析如图 所示，通过两次测量结果对比发现，使用相同夹紧力情况下，加工余量
0.004 mm，对平面度的影响不大，两次测量差值只有所以，加工应力变形不是本工序平面度超差的主要原因。 图4 罩盖基准面平面度分析对比图
其次，分析是否是由于工件装夹变形引起加工变形，造成平面度超差。三点打表监测基准面，
30 N · m并压紧工件时发现，使用 夹紧力距，工件
0.1 mm， 5基准面变形量为 如图 所示。打表检测夹具支撑柱，压紧工件时支撑柱变形，变形量随夹紧
6力距增加而增大，如图所示。通过分析发现：产生变形的原因应该是夹具的强度不够，夹紧力距使支撑柱向前倾斜，导致工件变形。因此，通过试验发现铝合金罩盖加工后基准面变形问题是定位装夹的夹紧力距所致，所以预通过试验调节夹紧力距的大小来研究基准面的变形数据，这样就能解决加工中的问题。
4 问题解决方案
通过试验调节夹紧力距的大小来研究基准面3的变形数据，首先通过块千分表多点监控，检查
工件在不同压紧力距时的变形量。测试夹紧力距30 N·m 0.1 mm，拧紧扭矩 时工件变形 然后逐次减小20 N·m 10 N·m 7.5 N·m，夹紧力距拧紧扭矩至 、 、 测得0.06 mm 0.033 mm 0.02 mm，其相应的变形量分别为 、 、7 7.5 N·m结果如图 所示；因此，最终选择了 的夹紧A， 0.2 mm力距拧紧扭矩，加工基准面 余量为 时， 0.03 mm，测得加工后的平面度为 达到预设目标0.05 mm;然后将精加工的夹紧力距拧紧扭矩也设为7.5 N·m， A， 0精加工基准面 余量为 时，测得加工后0.03 mm， 0.05 mm，的平面度为 达到预设目标 结果8如图 所示。因此，根据试验研究，得出了一个有规律的正确结论，对后续该类零件的加工具有指导性意义。
根据以上的试验数据，得出了一条“夹紧力距变形量”二者关系的线性回归模型，根据该线性回归模型，可以反向计算求出Y关于X的线性回归方程，也就是变形量与夹紧力距之间的一元线性方程；根据此方程，可以简单的通过夹紧力距计算出零件变形量的大小，具体方程简要求解过程如下：
该四个点大致位于平面直线坐标系的一条直线上，可以认为变形量Y与夹紧力距x的关系具有简单的线性回归模型。
n= 4;其中X =16.875， Y =0.053 25均值 均值Lxx =( X12 + X22 + X32 + X42)1） ( X1+ X2+ X3+ X4) 2/ 4= 317.187 5 （ Lxy =( X1Y1+ X2Y2+ X3Y3+ X4Y4)( X1+ X2+ X3+ X4) 2） （ ( Y1+ Y2+ Y3+ Y4)/ 4= 1.085 6 Lyy =( Y12 + Y22 + Y32 + Y42)Y1+ Y2+ Y3+ Y4 /4= （ 3） （ 0.01+ 0.003 6+ 0.001 1+ 0.000 4 - 0.01134= 0.003 76 b=lxy/lxx= 1.085 6/317.187 5=0.003 4 4） （ a= Y - bx =0.053 25- 0.003 4*16.875=均值 均值0.004 1
因此，夹紧力距与变形量的一元线性回归方程为：
y= 0.003 4x-0.004 1 5） （以上是通过计算得出的夹紧力距与变形量的一元线性回归方程，通过该一元线性方程，大致找到了夹紧力距与变形量的简单关系，并可以指导实际应用，同时，又测量了两组数据，测量夹紧力15 N · m 25 N · m距分别为 与 时的变形量，一元线性0.046 9 mm 0.080 9 mm， 3方程的理论值为 与 通过0.043 5 mm块千分表多点测量的实际结果分别为0.082 5 mm， 10 11 ;与 如图 、图 所示实际结果与理论结果的偏差如下： 0.046 9- 0.043 5）/0.046 9=7.25% = （ 准确率100%-7.25%=92.75% - 0.082 5- 0.080 9）/0.080 9=1.98% = （ 准确率100%-1.98%=98.02% 199毫米 以上一元线性回归方程可以在实际的零件装夹过程中有效的进行指导，有效的判断了零件的
92%，变形量，准确率超过了 因此，该一元方程可以6061作为材质为 的铝合金罩盖类似结构件装夹变形的简单计算公式。
5 结论
6061本文通过对材质为 的铝合金罩盖常规机加工艺常见的问题进行了系统的阐述，描述了基准面加工后平面度的超差问题，并对问题进行了分析，原因在于夹具的强度及夹紧力距影响了基准面的平面度，通过对夹紧力距的正确探索，以及 通过实践得出了夹紧力距与变形量数据对比的参数；通过探索的结果计算得出了一元线性回归方
y= 0.003 4x- 0.004 1，程 该一元线性回归方程式可以指导对结构类似零件进行装夹，根据图纸要求的具体情况，可以选择具体对应的参数进行加工，可以满足基准面的平面度要求及其他加工面的加6061工要求；本文对材质为 的铝合金罩盖加工具有指导性意义，同时也对该类零件的加工问题进行了经验及理论总结，后续零件可以根据具体情况参考该文章进行更深入的研究。参考文献： [ 1] , . [M]. ,聂毓琴 孟广伟 材料力学 北京：机械工业出版社2004：89-110. [2] , [M].何平 数控加工中心操作与编程实训教程 北京：国, 2006：25-35.防工业出版社