多散热片气缸筒特形要素工艺研究

摘要 本文介绍了气缸筒的工艺难点，针对工艺难点提出了氮化前后对内孔的测量及数据整理分析，确定加工表面曲线参数；明确了散热片的加工方法；特螺纹车刀的选取及螺纹磨砂轮修整的方法等解决措施。

关键词 气缸筒；氮化表面参数；散热片；特种螺纹

中图分类号TG65 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）77-0052-02

1 气缸筒加工工艺难点

1）气缸筒为空心薄壁件，外部形状特殊。在内孔氮化后，各个截面由于厚度不同，径向变形量大小不定，且氮化层公差小造成淡化前后内孔机加精度提高；2）散热片槽窄3mm，很深14mm，壁很薄1.1mm，容易变形倾斜，槽底易拉钩，加工数量多刀片容易磨损或打刀；3）圆顶三角形特螺纹精度及表面粗糙度要求高，粗加工螺纹车刀多齿刀刃结构复杂，精加工磨齿的砂轮滚刀制造精度高，对到调整及齿形测量次数多；4）内孔平顶网纹要在组合后进行精珩，其珩磨方式变为盲孔珩磨。受结构影响上下端的油石越程量不等导致上端金属切削量大，下端金属切削量小，加工的孔出现正锥度；珩磨的切削液不能充分注入孔内，使珩磨的冷却和条件差，切削和自锐落下的磨粒不易排除；盲孔珩磨头前端油石无引导，油石前端的切削机会多于后部，导致油石磨耗不均匀。

2 难点的解决措施及方法

1）通过试验气缸筒内孔加工直孔，氮化后发现内孔两头变形大，中间变形小。根据径向变形规律，为消除热处理带来变形影响，重新恢复直孔状，保证精加工后氮化层深度。氮化前确定内孔加工成中间直径大，两头直径小，按初步确定的内孔形腔曲线进行加工。零件轴向坐标尺寸对应的截面直径按氮化前和氮化后进行三坐标测量并作出实测值记录见参数表1。（注：仅列出其中的3个零件左端5个轴向坐标数据）氮化工艺层深度最小k=0.635mm，最大P=0.825mm。D为氮化前后内孔直径的差。

参数表1

现对3#件轴向截面氮化层深度（设计）尺寸链按下公式换算：132.2±0.02（内孔直径设计值）

氮化层深度（设计）Max=φD/2+P-132.18/2氮化层深度（设计）Min=φD/2+K-132.22/2

轴向坐标A：Max=131.920/2+0.825-132.18/2=0.695； Min =131.920/2+0.635-132.22/2=0.485

通过对全部数据换算得知，氮化后内孔加工至最终尺寸，部分截面内孔直径不能达到氮化层0.4mm～0.66 mm深度（设计值）。因此根据表1的数据通过计算归纳分析，对内孔部分截面直径不能达到氮化层要求的，重新进行如下调整。

A点 φ131.5±0.05更改为：φ131.55±0.05；B点 φ131.61±0.05更改为：φ131.64±0.05；

C点 φ131.66±0.05更改为：φ131.77±0.05……仅列出3点其余相同

重新投入气缸头按调整后的内孔型腔曲线进行数车加工，氮化前后，按内孔氮化处理参数表2对零件各截面进行测量记录（注：仅列出其中的3个零件3个点数据）。

参数表2

按上述公式及计算方法重新对表2的数据进行氮化层深度计算，其结果氮化后内孔经过后序加工，达到氮化层深度要求。

2）多散热片的加工方法有，用排刀组合一次成型加工或单刃切刀单片加工。因采用排刀组合成形一次加工需要专用设备和多刀车进刀靠模，而选用单刃切刀在数车上加工，即最经济、精度高、设备和工装投入小、又能确保试制进度要求；该方法，先用3mm切刀対各槽进行粗车，粗车切刀后角选6°～8°，以提高刀刃强度。再用2mm切刀槽刀对各槽进行精车，槽刀后角选10°～12°精车余量0.2，槽刀材料选用优质高速钢M42。采用涨心夹具内孔定位固定，端面支靠。根据加工经验初定3种切削参数：（1）F：0.05mm/min，S：150 r/min；（2）F：0.075mm/min，S： 120r/min；（3）F：0.1mm/min，S：100 r/min。根据试切结果，选定参数为（1）F：0.05mm/min，S：150 r/min，散热片尺寸精度、表面粗超度达到设计要求；

3）采用两刃圆体螺纹车刀对密封螺纹进行粗加工，圆体螺纹车刀安装在刀架上，通过对刀架的调整，使刀尖和气缸筒轴线等高，即圆体螺纹车刀轴线偏离气缸筒轴线6.24，以获得刀具前角10°和后角15°，保证牙形角精度。粗车时采用轴向进刀，使排屑顺利，切削力小，不易扎刀。精加工采用螺纹磨，砂轮型号p400×8×203pai80m-nv，鉻刚玉（紫红色）其韧性高于白刚玉。采用砂轮滚刀修正砂轮，砂轮滚刀用高速钢制成，用滚压法对滚砂轮，此时砂轮的线速度为1.8m/s 。磨削至接近最终尺寸时横向进给量控制在0.002mm～0.006mm。分粗精磨削，工件转速控制在2r/min，粗磨深度0.34mm，精磨0.055mm。砂轮修正频数，每磨5个零件修正砂轮一次。修正后先粗磨首件，磨深0.2mm，在显微镜下检查牙形角、螺距、牙顶牙底圆角，切削液选用混合油（N15机械油加专用锭子油）。

4）在珩磨机上珩磨头与主轴采用浮动连接，以减少主轴与被加工孔的同轴度误差对珩磨质量的影响，选择较硬的油石，并将尾部端修窄，利用油石进入端较大，使其接触面积较大和参与的磨粒较多，使盲孔底部的磨量增大，纠正其底部锥度（气缸与气缸头螺纹过盈组合后气缸变为盲孔）。在珩磨头上，增加手动油石磨耗补賞功能机构。在单件未组合前，进行通孔粗珩，表面形成网纹，留0.02mm～0.04mm余量，在组合后进行盲孔精珩使表面粗糙度达Ra0.1，并形成平顶网纹。其珩磨参数：冷却液：煤油90% + 硫化矿物油，粗珩磨油石：SMD120/140Q100粗珩磨压力：1.4MPa，粗珩磨速度： Ve=31.2m/min；精珩磨油石：GCW40QV，精珩磨压力：0.6MPa；精珩磨时间：8s～15s精珩磨速度： Ve=47.9m/min。

3 结论

1）氮化内孔热处理前加工成腰鼓型，利用径向变形规律热处理后重新恢复直孔状，保证精加工后氮化层深度；

2）深槽窄散热片加工采用单刃切刀分粗、精车，合理选用切削用量；

3）精密圆顶三角形特螺纹先粗车螺纹留磨量，再分粗精磨削到螺纹中径尺寸，控制粗精磨量；

4）气缸未组合前，进行通孔粗珩，表面形成网纹，留0.02mm～0.04 mm余量。组合后进行盲孔精珩，选择较硬的油石，并将尾油石部端修窄。

参考文献

[1]华南工学院甘肃工业大学.金属切削原理及刀具设计[M].上海：上海科学技术出版社，1983.

[2]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京：机械工业出版社，2001，8.