稳压箱法兰面螺栓孔机加工工艺的研究

方伟东

摘 要：稳压箱是柴油机进气系统中的重要零件，直接影响柴油机气缸充量和扫气效果，也是引起增压器喘振的因素之一。该产品具有薄壁，刚性差易变形，大法兰面螺栓孔及小法兰面螺纹孔位置度要求高等特点，其中，大法兰面螺栓孔位置度将直接影响机车运行过程中双头螺柱的受力情况。文章主要介绍4400马力柴油机用稳压箱大法兰面螺栓孔的机械加工工艺。

关键词：稳压箱；柴油机；薄壁；变形；位置度；4400马力；机械加工工艺

1 研究目的及要求

稳压箱是柴油机进气系统中的重要零件，直接影响柴油机气缸充量和扫气效果，也是引起增压器喘振的因素之一。增压并经过中冷后的新鲜空气，在稳压箱中加以稳定后，进入气缸内燃烧。因此，稳压箱的质量将直接影响柴油机的性能。

稳压箱具有薄壁，刚性差易变形，大法兰面螺栓孔及小法兰面螺纹孔位置度要求高等特点，其中，大法兰面螺栓孔位置度将直接影响机车运行过程中双头螺柱的受力情况。

稳压箱大法兰面通过双头螺柱与柴油机机体相连，当稳压箱大法兰面螺栓孔位置度满足图纸要求时，双头螺柱不与螺栓孔孔壁相碰，双头螺栓只受轴向拉紧力（如图1）。而当稳压箱大法兰面螺栓孔位置度不满足图纸要求时，双头螺柱与螺栓孔孔壁相碰，在机车运行过程中，由于柴油机的震动，除了受到轴向拉紧力外，还受到一个径向剪切力（如图2）。双头螺柱长时间受到径向剪切力的作用，容易造成疲劳断裂，导致稳压箱的密封垫片吹破，从而使得稳压箱空气泄露，降低了柴油机的功率，恶化了柴油机的性能。因此，稳压箱大法兰面螺栓孔位置度好坏将直接影响柴油机性能。

4400马力柴油机为我公司现阶段主打产品，相比280柴油机有诸多改进，其中一个重要的改进就是取消原280柴油机上的前、后稳压箱配置，将前、后稳压箱整合在一起，新的稳压箱长度达2773mm，加工大法兰面螺栓孔时，传统的划线、校线钻孔加工工艺，因人为因素，大法兰面螺栓孔的位置度显然不能满足图纸要求。随着公司大型数控龙门加工中心的配备，将原划线、校线钻孔加工工艺合并，在数控机床设备上完成划线、钻孔工序，既保证了产品质量，又简化了工序，提高了生产效率。

本文就是对公司4400马力柴油机用稳压箱大法兰面螺栓孔数控加工进行工艺研究。

2 试验过程概述

4400马力柴油机用稳压箱材质为QT500-7，兼有铸铁和钢的性能，具有强度高、韧性好、延展率大等特点。该产品长2773mm，宽420mm，高269mm，成品图如图3所示。

2.1 工艺分析

稳压箱大法兰面螺栓孔相对于稳压箱轴向基准面、大法兰面的位置度要求为0.5，原工艺是镗进气口→划大法兰面螺栓孔加工线→摇臂钻床校线钻大法兰面螺栓孔。划大法兰面螺栓孔加工线时采用的基准面是大法兰面短边边缘，是毛坯面，同时摇臂钻床校线钻孔时的人为因素，大法兰面螺栓孔位置度难以满足图纸要求。

考虑到稳压箱大法兰面螺栓孔位置度的基准面是轴向基准面，结合数控龙门加工中心的特点，在镗完稳压箱进气口后，用机床附件头配合寻边器，找正稳压箱的轴向基准面，同时较靠近大法兰面窄边的进气口密封槽圆，找圆心建立加工坐标系，因为校准的基准面都是加工面，精度比原工艺的校毛坯面划线要高，同时数控钻孔又排除了摇臂钻床钻孔时的人为因素，保证了大法兰面螺栓孔的位置度。

2.2 加工工艺过程

稳压箱在镗完两侧进气口后，钳工打磨去除加工飞边毛刺，将稳压箱吊放在数控龙门加工中心工作台上，用寻边器校稳压箱一侧进气口端面，将稳压箱水平放置在工作台上，并压装。同时用寻边器校稳压箱另一侧进气口端面，找正大法兰面螺栓孔位置度基准面。

机床换装90°附件头，用寻边器找正离大法兰面窄边最近的进气口密封槽圆圆心坐标（X，Y），作为坐标系原点，再根据图纸上大法兰面窄边螺栓孔圆心与第一个进气口密封圈圆心的距离（120.5）及大法兰面各个螺栓孔之间的相对位置，计算各个螺栓孔相对于坐标原点的坐标（X，Y）。

数控龙门加工中心的主轴刚性要比摇臂钻床好，配用高效的硬质合金钻头，选择合适的切削参数后，可以直接在稳压箱大法兰面上直接钻削螺栓孔，而无需预先钻定位中心孔。

2.3 试制结果

稳压箱试制后经三坐标检测仪检测，大法兰面所有螺栓孔的位置度都控制在0.5之内，其中第6、22、47、52号螺栓孔的位置在0.2-0.36之间，其余各螺栓孔的位置度均控制在0.1以内（如图4）。

3 结束语

按新工艺试制一个稳压箱，经检测所有的大法兰面螺栓孔位置都满足图纸要求，个别螺栓孔的位置度偏大（也在图纸要求的范围内），经分析可能是深孔钻削导致的轻微喇叭口（第22号螺栓孔深度达到269mm，第47、52号螺栓孔深孔为220mm）及铸件材质不均匀所导致的。

相比老工艺，数控龙门加工中心钻削稳压箱大法兰面螺栓孔，不止提高了加工精度，保证了产品质量，而且简化了工序，减少了在产品在生产线上的流转时间，同时数控设备的高速切削又提高了生产效率，满足工厂提高生产节点的要求。

由于稳压箱是薄壁类箱体零件，刚性差易变形，同时高速钻削时的切削力不是很大，产品压装时不能压装太紧，容易导致产品压装变形。

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