活塞加工技术的研究分析

王华超 王磊

摘要：为了提升汽车应用的时效性，要对汽车技术和活塞技术予以重视，落实全自动铸造处理方案，满足质量应用要求的同时，推动活塞加工设备技术发展进程。本文分析了活塞加工技术的研究现状，并着重分析了活塞加工技术的工艺规程，并讨论了基于DEFORM的锻铝活塞切削加工和基于VERICUT的活塞数控加工的技术发展趋势。

关键词：活塞加工;现状;工艺规程;锻铝活塞

中图分类号：TK243.1                                   文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）11-0119-02

1  活塞加工技术的研究现状

伴随着社会的不断进步，汽车产业呈现出高速发展的趋势，活塞技术的研究受到了更多的关注，但是对于活塞铸造方面还存在一定的滞后性。尤其是利用铝液手工浇筑的方式尽管能提升操作的时效性，但是浇筑的废品率也较高，若是进行大直径浇筑，受到的人为因素影响率也会增大。基于此，要全面整合金属活塞切削工艺的水平，除了要对加工设备予以重视外，也要关注精磨处理、精加工等方案的升级，提升数控程度的基础上，优化加工水平[1]。

2  活塞加工技术的工艺规程

为了确保活塞加工技术的合理性和规范性，要结合工艺流程构建对应的操作工序，确保能在提升加工水准的基础上，依据关键工序和工步优化工艺参数的准确性，维护活塞加工技术的应用效果。只有完善零部件工艺规程，才能提升指导过程的综合质量，并且优化工艺生产率的控制效果。

2.1 工艺过程

活塞加工要遵循以下工序：

①锻坯。

②粗车外圆处理，端面处理，并完成初步钻孔处理。

③划线。

④粗鏜孔处理。

⑤对精车端面予以控制，完成铣缺口控制。

⑥进行外圆端面、环槽和铰孔的处理，并且依据半精镗孔进行圆弧设定。

⑦振动去应力参数，维持铣两侧平面平衡。

⑧修补止口，进行精车型线的处理，与此同时，精镗孔处理。其中，镗孔控制在。

⑨集中进行毛刺的修剪处理，并进行激光打印，能结合标识完成对应工作。

2.2 基本方法

第一，对活塞表面进行集中加工，主要分为粗加工和精加工，按照对应的加工要求和要点落实具体方案，维持应用的合理性和规范性。例如，粗加工主要针对的是止口位置、外圆位置以及端面位置。而精加工主要针对的是外圆位置、环槽位置等，具有鲜明特征表面的精加工处理工序要在最后环节，以保证不会对表面特征产生影响。只有维持活塞销孔处理的合理性，才能提升活塞和连杆的应用性能，维持精度级别和应用效率。

第二，活塞定位的基准要满足应用要求和规范，精确选择对应的基准参数，维持匹配的应用模式，并且提升加工精度，从而减少累积误差造成的不良影响。也就是说，在实际操作过程中，要将基准统一作为根本指标，优化加工定位的整体效果。另外，要减少累积误差，避免利用外圆定位的方式单一完成测定分析，而造成活塞外圆受到挤压力出现变形[2]。

2.3 确定关键工序

要想提升机械加工工艺流程的稳定性和运行合理性，就要保证关键工序的质量水平，只有提升关键工序的加工能力，才能提高整体活塞加工控制工作的水平。活塞结构是曲柄连杆结构的关键零件，因此，其最大的作用就是承受气体在燃烧后产生的压力和惯性力，并且将相应的压力直接传递到连杆，推动曲轴的旋转操作，维持动力的基本输出。然而，在气体压力以及往返惯性力、侧压力的共同作用下，活塞难免会出现销孔开裂等问题，甚至会因为磨损影响正常运行，所以要对活塞销孔加工精度予以关注，将其作为关键工序，落实标准化施工操作流程。目前，较为常见的加工过程分为粗镗孔（图1）、半精镗孔（图2）、精车型线镗孔（图3），结合对应的操作要求，完成关键工序内容。

结合具体环境要求和精度要求完成工序加工处理，并且确保相应的加工模式和加工要求满足质量标准，且对应模型的精度参数都在规定范围内[3]。具体参数见表1。

2.4 数控加工工艺要点

第一，确定具体的装夹方式，在活塞数控加工方案中，若是进行螺旋槽磨削加工，则要匹配四轴加工中心，夹紧三爪气动卡盘的基础上，完成相应操作工序，不仅能提升零件加载的效率，还能减少夹紧变形等问题，维持工作面顶部加工的对称性[4]。

第二，针对有止口活塞机的数控加工。要加工第一个挡块，匹配对应的加工削孔处理方案，确保外圆加工、止口加工、打孔操作等都能按照标准化流程得以落实，最后进行切换槽处理，按照精车燃烧室操作规范予以精镗销孔控制，检查参数的合理性后完成加工。需要注意的是，这种操作方式较为便捷，能在满足尺寸的基础上提升精准性。除此之外，还可以应用针孔法进行数控加工处理，尽管相较于第一种方法应用时长会有所增加，但是其精度大大提高，且对应的适用范围较为广泛，具有一定的推广价值。

第三，无止口活塞数控加工。要按照活塞裙下端添加止口-切除止口的方式进行对应操作，确保定位的精准性和活塞结构的稳定性。

3  活塞加工技术发展趋势

在明确活塞加工技术应用规范和关键工序的基础上，就要结合具体要求落实更加精准的技术方案，提升活塞加工的质量水平。尤其是在零件切削过程中，只有提升切削参数选取的合理性，才能满足高效率应用标准。

3.1 基于DEFORM切削模型的加工技术

DEFORM软件在实际应用中，要结合有限元方法和数值计算基础，将金属切削理论和弹塑性力学作为基础，有效建构物理仿真模式，从而满足工艺参数的设计处理，提升加工的实效性。DEFORM软件中的基础模块能维持金属成型的三维流动需求，提升工艺分析的实时性和合理性[5]。

第一，建立切削过程的几何模型，能结合建模要求完成三维模型的处理，保存为.stl格式，导入DEFORM软件完成刀具模型的生成，与此同时，若是模型的几何属性较为复杂，则要借助CAD/CAE集成处理工序，确保模型信息合理性，简化几何属性的同时，利用DEFORM软件就能生成10mm的工件。

第二，在关键工序处理工作中，为了减少运算工作量，也要依据仿真数据处理方案进行加工工件的应用处理，保证模拟的合理性。因为工件生成会在X（刀具进给方向）、Y（刀具切削方向）以及Z（工件的实际切割深度）的方向出现自由度约束问题，沿着Y轴的正方向进行工件的切割处理，按照恒定速度处理工序。

第三，在仿真分析的基础上，针对材料结构性质的改变，也要依据温度差别和变形差异开展对应分析，确保能利用模型描述切削过程的应变应力参数、应变速率参数以及温度参数，构建三者的函数关系，最大程度上依据DEFORM中建立的Johnson-Cook模型分析材料应变率。

第四，要对粗镗孔切削这一关键工序予以仿真分析，要利用人机交互界面完成切削用量的输入，本文选取钻削的方式，单位为SI，设置对应的工作温度为20摄氏度，材料为硬质合金WC。具体参数如下：①密度为14500kg/m3;②弹性模量为640GPa;③泊松比为0.22;④导热系数为75.4m·℃;⑤比热容为220J/kg·℃[6]。

第五，进行网格的实际划分和重划分，结合对应的网格应用要求以及规范，进行划分计算，划分的要求要匹配精度要求和计算效率，满足网格应用的基本模式。目前，DEFORM软件中，较为常见的划分方式就是制定网格的总数量，结合绝对尺寸进行密集网格的处理，匹配划分模型，从而获得材料信息。

3.2 基于DEFORM切削模型的加工技术

基本加工流程如下：①建构虚拟数控机床模型，配置机床文件;②建模毛坯模型和夹具模型，检测干涉和碰撞问题;③建立刀具模型;④设置系统参数，并完成编程原点处理;⑤加工仿真[7]。依据对应的操作工序标准和仿真步骤，有效落实仿真操作，完善参数的分析和控制工作。

4  结束语

总而言之，活塞加工工艺的质量直接关系到汽车发动机行业的发展，因此，技术部门要积极落实精细化加工技术方案，整合具体技术流程和要点，配合使用对应软件完善加工工艺操作，提升活塞的制造质量，维持工艺流程的合理性和规范性，为汽车行业可持续健康发展奠定坚实基础。

参考文献：

[1]劉胜.超长型活塞杆车磨加工中心开发相关技术研究与应用[J].现代商贸工业，2020，41（34）：157-158.

[2]时敬龙.汽车内燃机活塞裙部数控加工技术研究[J].内燃机与配件，2018（19）：115-116.

[3]刘建波.柴油机活塞工艺参数优化及其加工仿真技术研究与应用[D].江苏：东南大学，2018.

[4]贾利宁，张建永.活塞加工技术现状分析与研究[J].清洗世界，2020，36（10）：92-93.

[5]唐俊.活塞加工技术研究[J].内燃机与配件，2017（11）：66.

[6]利用PTC技术加工LV20/27中凸变椭圆活塞裙部时的数据处理[J].武汉船舶职业技术学院学报，2019，8（4）：10-13.

[7]王立芳.异形活塞数控加工技术的仿真研究[D].山东：山东大学，2018.