浅析发动机铝合金缸盖表面毛刺控制方法

王乙楠 张海曼 孟庆鹏 266555) (上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司,青岛

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摘要:在发动机铝合金缸盖制造过程中,缸盖表面会有毛刺产生。本文从毛刺产生机理出发,,针对铝合金缸盖表面毛刺的产生原理、影响因素、控制方法做简略分析,分析控制毛刺产生的方法,以期对同行业类似问题起到借鉴作用。 关键词:毛刺形成 影响因素 毛刺控制 缸盖加工TH161+.14 A Doi:10.19710/j.cnki.1003-8817.20180090中图分类号: 文献标识码:

1 前言

金属切削毛刺是指切削加工中,被切削层材料在刀具前刀面和切削刃的作用下,经受强烈挤压而产生很大的塑性变形,在切屑与工件表面断裂分离过程中其一部分材料仍滞留在工件的边、角、棱等部位上,形成超出工件理想尺寸的多余金属材料。

缸盖是发动机主要零部件之一,缸盖材料普1遍使用铸造铝合金,加工过程易产生毛刺,如图所示。毛刺不仅影响产品尺寸精度及表面质量,对后续发动机装配和运行也会带来一系列问题。缸盖表面毛刺如果在发动机运行中进入主油道,将导致凸轮轴抱死、油压控制阀失效;如果毛刺在装配过程中掉落在缸盖垫片上,会导致发动机漏/气、油 水泄漏、油水混合等。所以控制缸盖表面毛刺产生十分有必要。本文分析了毛刺的产生原理及影响因素,并提出了一些毛刺控制方法。

2 表面毛刺的产生原理

2图 为刀具即将切出工件终端部瞬间切削区域3的状态,通常状态下,切削变形区被分为 个变形Ⅰ区,即剪切滑移区(第 变形区)、塑性变形与加工Ⅱ硬化区(第 变形区)和塑性变形与加工硬化区(第Ⅲ变形区)。当刀具沿切削方向逐渐接近工件终端面,由于工件终端面的支撑刚度逐渐减弱,切削区3变形状况随之发生了变化,由通常的 个变形区(第Ⅰ Ⅱ Ⅲ 4变形区、第 变形区、第 变形区)变化成 个变Ⅳ形区,即增加了负剪切滑移区(第 变形区)。Ⅰ在切削中,当第变形区占主导地位时,被切OA削层金属沿 方向滑移(形成的剪切角φ)而形成Ⅳ了切削方向毛刺;而第 变形区占主导地位时,则OE被切削层金属沿 方向滑移(形成的负剪切角φ’)

而形成了切削方向亏缺(也称负毛刺)。 切削方向毛刺形成经历正常切削、挠曲变形、弹5 3性效应、继续切削和剪断分离 个阶段,如图 所示。

3 表面毛刺的影响因素

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毛刺形成于刀具 工件相对运动的切削加工过程,影响切削过程的主要因素都会直接或间接影响毛刺的形成与变化。影响毛刺生成及变化的主要因素有工件材料的性质、刀具几何参数、切削用量、切削加工方式等。

3.1 工件材料

Si铝合金中的 含量对铝合金延展率有影响。Si 7%-10% Si一般铝合金中 含量在 范围内,随着 含4量的升高,延展率降低,如图 所示。延展率( δ)是描述材料塑性性能的指标,即试ΔL L样拉伸断裂后标距段的总变形 与原标距长度δ= ΔL/ L×100%之比的百分数: 。材料延展率数值越大,其塑性变形能力越强。切削塑性韧性大、延展率大的材料时,刀具切离时塑性变形不足以使工件材料发生破坏,因而形成的毛刺越大。

3.2 刀具几何参数

刀具的刀尖圆角半径rε、主偏角kr、前角γ等几何 参数都会影响毛刺状态,本文主要介绍刀尖圆角。

铝合金缸盖塑性较强,为减少毛刺生成,要求提高铣刀刃口的锋利程度,锋利的刃口能够减少切削时对材料的撕裂和挤压作用,抑制毛刺的产生。刀尖圆弧半径越小,刀片的刃口越锋利,越不易产生毛刺。

刀尖圆角会对切削力产生影响,圆角越小,产生的径向切削力越小,变形区作用力减小导致工件终端变形减小,毛刺尺寸也减小。

3.3 切削用量

切削深度 ap或进给量f加大,均会使切削力增1 1大,当切削深度加大 倍时,切削力约增大 倍,而

1 68%-86%进给量加大 倍时,切削力只增大 。

变形区的作用力增大会导致工件终端变形增大,毛刺尺寸也随之增大。

4 表面毛刺的控制方法

毛刺形成于切削加工过程,因此控制毛刺就要从影响切削加工系统及加工过程的要素出发,寻求主动控制毛刺的基本途径。

4.1 改进工件材料

由上文分析可知,在同等加工条件下,工件材料的延展率越低,工件表面毛刺越小,因此通过减低工件材料延展率可以抑制毛刺产生。Si通过提升 含量、改进工件热处理方式均可降低1工件延展率。表 为不同延展率工件表面毛刺状态。

4.2 改进加工刀具

通过改进面铣刀刀片的刀尖圆角可以减少毛刺的产生。刀尖圆角越小,表面毛刺越小。

在刀片上可增加刃倾角,通过一定角度将切削力分为径向切削力和轴向切削力,从而减少加

2工时产生的径向切削力,有利于毛刺去除。表 为不同刀片加工表面毛刺状态。

4.3 优化切削用量

切削深度 ap增大会导致毛刺增大,因此减小加工表面的切削深度会使加工出的毛刺变小。工0.5 mm,件表面精加工的余量一般是 减少切削深0.5mm度可将 的余量分为两部分,通过刀具加工两遍实现,但这种方法会影响加工效率。通过优 化刀具的设计也可以减小切削余量,目前有面铣

0.5 mm 10刀的设计,将 的余量分配给面铣刀的 个刀片,这样每个刀片的切削量变小,加工出的表面无毛刺。

通过降低进给量f也可以减少毛刺的产生,但降低进给量会影响加工效率,通过验证表明对毛刺的影响效果不明显,顾不推荐降低进给量的方法。

5 结束语

铝合金缸盖表面的毛刺控制是行业内的普遍问题,通过技术的飞速发展毛刺去除已不再是行业难题。本文仅针对铝合金缸盖表面毛刺的产生原理、影响因素、控制方法做简略分析,在实际生产过程中,还有很多毛刺去除方法,需要我们不断的探索和研究。

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图1 缸盖表面毛刺状态

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