一款汽车发动机活塞数控铣削工艺

2014-07-08徐立华殷铭

机械工程师 2014年9期

关键词：刀路销孔精加工

徐立华，殷铭

(苏州工业职业技术学院精密制造工程系，江苏苏州 215104)

0 引言

汽车活塞是汽车发动机中的关键零件，其主要作用是承受燃烧室膨胀的气体压力，通过后部的活塞销传递力给连杆驱动曲轴旋转，从而发动机对外做功。

此次一驻校科研公司研发一款两冲程四缸八活塞对压式发动机需要根据其设计要求加工活塞，活塞设计如图1。

该活塞为发动机式样测试使用，故数量需求较少。作为校企合作横向课题，由学院专业教师团队利用普通机床、通用夹具和刀具设备，利用先进的CAD/CAM 软件完成了该批次活塞的加工。

1 零件结构特点和材料分析

该活塞从上往下依次分为活塞顶部、活塞头部和活塞裙部三个主要部分。如图1 所示最上部为活塞顶部，是燃烧室的组成部分，顶面设计为圆台形凸面，其凸面上设计有两个凹形曲面坑，一个为进气门避碰坑，另一个排气门避碰坑。

在活塞顶下面含有两道圆柱部分为活塞头部。其作用是安置气环至其上方环槽内，承受气体压力，将热量通过活塞环传给汽缸壁，安置油环至其下方的环槽内，将缸壁多余润滑油刮下后由油环槽的底部小孔回到油底壳。

图1 活塞三维图

活塞裙为活塞环槽以下的部分，此处在缸内气体压力下承受侧压力,容易产生变形,在销座与环区的连接位置为应力集中处,活塞的疲劳裂纹常出现于销孔顶部，由于活塞体在轴线方向温度和质量的分布不均匀更会导致其各断面发生上大下小的热膨胀变形。

该活塞的原材料为7075 铝合金φ90 棒料，该材料为商用最强力合金之一，也被称为超高强铝棒。具有良好的耐磨性、抗腐蚀性、机械性能及阳极反应，晶体颗粒细小。常用于制造各种机械结构件，也被广泛用于模具、机械设备、工装夹具等制造。在进行铣削前已用数控车床车削到如图2 所示尺寸。

图2 活塞车加工尺寸图

2 加工工艺分析和制定

图3 加工方向示意图

图4 车加工完成后的零件

活塞在装配和运动过程中最重要的精度要求为各环槽的位置宽度、活塞头直径的尺寸精度、活塞头轴线和销孔轴线的垂直度、各面的表面粗糙度，这些都是铣削过程中必须保证的形状和位置加工精度。会直接影响到活塞的后期装配和使用。

充分利用平口钳和三爪卡盘的特性,可以完成活塞体的铣削,制定了以下工艺过程，如表1 所示。其中在数控车上已经完成如图4 所示的零件外圆和各环槽加工。

表1 数控加工工艺过程

3 程序生成和加工

此次使用到了Siemens NX 的CAM 技术，利用到了制造模块中的型腔铣（Cavity Mill）、平面铣（Planar Mill）、曲面轮廓铣（Contour Mill）和孔位加工（Drill）操作。通过CAM 技术的运用，可以调节到加工刀路中的各个细节，满足加工的需要，并可以直观的方式显示在屏幕上帮助观察和确认。

3.1 活塞销孔X、Z正负四周加工

销孔方向加工用平口钳夹持圆柱形毛坯，注意车加工的基准面放置在固定钳口端，CAM 设定是设定对应的加工坐标系。X 反向时在已加工表面垫好等高块加工。

采用型腔铣进行粗铣，去除大部分的余量；采用平面轮廓铣进行各平面和侧面的精加工；采用曲面轮廓铣精加工曲面；采用点位加工小孔；对销孔进行粗铣和精镗加工。生成的刀路和验证结果如图5 所示。凹槽方向加工时，注意车加工的基准面放置在固定钳口端不变，用百分表找垂直已加工的平面，保证工件的定位准确。生成的刀路和验证结果如图6 所示，完成四周铣削的活塞如图7 所示。