大功率中速船用发动机机体加工窍门钻孔和镗孔不再是难题.docx

NY320柴油机是作者公司自主研发的大功率中速船用发动机，填补了我国单缸功率超50OkW的中速大功率柴油机空白。机体作为整个柴油机的骨架，是柴油机的关键零部件。柴油机上的运动件、固定件及辅助设备都安装在其内外四周，机体加工质量的优劣将直接影响到柴油机的装配和使用性能。因此，提高机体的加工精度，保证机体加工质量稳定的同时提高生产效率，制定合理的工艺方案尤为重要。机体加工路线的确定(1)机体图样分析及关键尺寸NY320柴油机机体毛坯由球墨铸铁QT400-15铸造而成，质量约18t,气缸直列式分布，机体外形尺寸：长X宽X高为5730mmXl297.5mm×l761mm,因柴油机负荷较重，采用机体底面低于曲轴轴线的龙门式设计以提高机体强度。主油道铸造成型，横向支油道深孔需加工获得，所有油道必须进行水压密封试验，检查是否存在铸造缺陷。主轴承盖通过贯穿螺栓，使用专液压拉伸器固定在机体上，需加工贯穿机体座面和顶面的深孔。机体关键部位如主轴孔座面、瓦口面、地脚螺栓面及缸头螺栓孔等区域需进行磁粉或超声波探伤。其主要加工尺寸见表1,要使这些关键尺寸达到图样要求，工艺设计时要坚持基准先行、先面后孔、先粗后精和基准统一的原则，同时充分考虑加工中设备、工装、刀具及装夹的影响。表1机体主要加工部位及尺寸加工部位加工尺寸mm几何公差主轴孔302H6同轴度：全长00.1mm,相邻00.05mm凸轮孔0215H6同轴度：全长00.1mm,相邻00.05mm上缸孔402H7上下缸孔轴线对主轴线垂直度0Imm下缸孔370H7上下缸孔轴线对主轴线垂直度S1mm端板孔265H7对凸轮孔轴线径向圆跳动005mm两端面对主轴轴线垂直度008mm止推面对主轴轴线轴向圆跳动0.03mm过轮孔面对主轴4-Q线垂直度0.05mm(2)加工工艺路线机体作为箱体类薄壁零件，需要在多个面完成铳、镣及钻等工序的加工，工序安排上要避免加工应力引起的机体变形，保证其加工精度不发生变化。首先，将机体加工工序分为粗加工和精加工两个阶段，通过粗加工去除机体毛坯的加工余量，减少精加工中由于热变形引起的加工误差。其次，精加工前对机体进行振动时效处理，进一步释放机体铸造及粗加工切削中产生的残余应力，确保各孔和面的几何公差在精加工时处于稳定状态。设备选用方面要结合生产现场实际加工能力，合理选择设备，既能保证零件加工精度，又能提高生产效率。粗加工阶段的工序由于加工尺寸要求不高、毛坯切削量大，安排在普通龙门铳床、镇床进行，既能保证生产进度，又能降低加工成本。精加工阶段由于机体孔、面尺寸及几何公差要求高，工序相对集中，安排在大型龙门数控加工中心或卧式镇铳加工中心进行加工，充分利用加工中心质量稳定且高效的特点，在一次装夹中同时完成多个相关联孔和面的加工，提高加工精度和加工效率。综合以上分析，制定NY320机体的加工工艺流程为：划线一粗铳顶底及两侧面一粗刨瓦口一粗铳两端面一粗镇主轴孔、粗铳开挡一粗铳顶面、粗馍凸轮孔一粗馍缸孔f探伤(超探和磁探)f钻底面及主轴螺栓孔f钻横向油孔及两侧面螺孔f机体振动f机体压水f精铳瓦口、缸面f装配主轴承盖f精镇主轴孔、精铳过轮孔面f精像缸孔f钻缸面各螺孔f钻两端面各孔、像凸轮孔基准孔f馍凸轮孔、精铳泵孔面、镶泵挺杆孔一三坐标计量f拆主轴承盖f缸头螺栓孔倒角f钳工攻螺纹、去毛刺f清理切屑f打磨主油道f清砂清洗f防锈交出。机体主要加工难点分析(1)机体主轴螺栓孔及横向油道孔加工NY320机体的主轴承盖通过螺栓及螺母固定在机体上，主轴螺栓孔贯穿机体接通缸面，从主轴承座面到缸面距离为÷0.0461231mm,孔径为055mm,中间部位靠近油道处孔径为520mm,表面粗糙度值要求&?=3.2um。横向油道孔需从两侧面接通，深度尺寸为1295mm,孔径为O39mm,如图1所示。图1机体深孔加工示意以上两种孔是长径比5的深孔且对于位置度及孔径有较高要求。深孔加工中一般采用枪钻，但由于该机型每挡都要加工主轴螺栓孔及横向油道深孔，枪钻切削速度慢、效率不高，生产进度可能无法保证。同时，现场没有枪钻刃磨设备，枪钻的返修、刃磨难度大。在实际加工中，通过现场工艺试验，我们决定采取深孔铲钻加工方案。深孔铲钻由钢制的刀杆和可换刀片组成，加工效率比枪钻高。刀杆采用侧固柄，冷却水通过刀杆内部孔直接冷却刀片。刀片采用中间定心双刃切削的对称结构，通过螺钉固定在刀杆上，在一定范围内通过更换刀片满足不同尺寸孔的加工要求。055mm及039mm孔孔径要求不高，使用常规刀片加工即可。0.046052nmm孔则需使用精磨刀片加工，其加工孔的尺寸精度可以控制在0.05mm以内，同时通过刀片侧面修光刃带的挤压，加工孔壁的表面粗糙度值可以达到©7=1.6um,满足图样尺寸及表面质量要求。钻孔时由两侧面向中心对接深孔，设备上我们选用PAMA卧式数控镀铳床，利用旋转工作台保证一次装夹完成两侧深孔的接通，其内冷压力也满足深孔排屑的要求。加工中，根据工艺试验验证的切削参数，先使用较短的铲钻加工，保证孔位置度的同时作为深孔的引导孔，然后依据钻深依次更换不同长度规格的铲钻，最终将孔深尺寸加工到位，并使用自制通止规检测通过性及尺寸是否合格。(2)缸头螺栓孔的加工与检测机体缸头螺栓孔(见图2)的螺纹部分距离缸面395mm,螺纹长度约IIOmm。加工过程中出现了部分螺纹孔靠近出口处无螺纹的现象。分析原因时发现，由于刀杆强度不够且缸头螺栓孔出口处毛坯铸造面不平整，使得底孔钻通时刀片两侧受力不均衡，导致出口处底孔钻偏，因底孔孔径增大造成攻螺纹后无螺纹牙型。为了避免此问题，在钻螺纹底孔时首先使用045mm铲钻加工螺纹底孔，距钻穿还有20mm时，换普通042mm加长麻花钻头钻通，然后再使用045mm铲钻扩孔接通，修正钻偏误差。经过多台机体加工验证，这种加工方法能够很好地保证螺纹底孔质量，从而确保缸头螺栓孔螺纹的加工稳定性。检测方面，由于螺纹孔位置过深，制做了专用的M48X3加长螺纹塞规用于螺纹孔的检查与质量控制。9考一395图2缸头螺栓孔加工+0.032(3)主轴孔同轴度控制及端面加工NY320机体主轴孔孔径为0302。mm,机体按机型不同最多有10挡。图样要求全长同轴度W0.1mm,相邻同轴度0.05mmo两端面对主轴孔轴线的垂直度要求为0.08mm,止推面对主轴轴线轴向圆跳动要求为().()3mm,过轮孔面对主轴孔4一二轴线的垂直度要求为0.03mm。加工过程中为了满足图样要求，选择在数控龙门镇铳加工中心进行加工。利用机床不同的加工附件，在机体仰放方位一次装夹的同时完成精镶主轴孔和精铳各面的加工，减少重复装夹与找正，有利于保证孔和面的几何公差要求。同时，装夹过程中压紧力不宜过大，避免机体变形导致松开压板后影响主轴孔同轴度。加工过程中，为了避免设备精度对主轴孔同轴度的影响，机体首台加工精馍主轴孔时需按半精镶孔一准直仪计量一修正补偿参数一精镇孔工序进行。通过参照准直仪计量结果，修正机床每挡精镣孔时的精确定位参数，起到调整机体主轴孔全长及相邻同轴度的作用，使得实际加工得到的机体主轴孔同轴度为最优值。(4)机体缸孔加工机体缸孔(见图3)分为上缸孔402H7mm和下缸孔370H7mm,其上、下缸孔轴线对主轴孔轴线，一6的垂直度要求WO.lmm。若使用卧式数控像铳床主轴加工缸孔，由于上、下缸孔需分开镇孔，对机床重复定位精度要求高，生产效率低。同时主轴伸出长度过长对缸孔轴线会产生影响。因此，考虑制作组合镶刀在数控龙门加工中心加工缸孔。加工过程中，首先试镇缸孔，然后使用加长找正杆测量加工缸孔中心与机体主轴中心的偏差，进行机床零点修正，减少附件及找正误差，然后使用组合缸孔镶刀同时进行上缸孔和下缸孔的加工，保证上下缸孔轴线对主轴轴线的垂直度要求。减少换刀辅助时间，提高加工效率。缸孔0465mm沉台面可使用铳刀盘通过铳圆加工的方法，合理选用切削参数，来满足图样要求。W1.一Zo44IOm图3组合馍刀及缸孔加工b)结语通过对机体加工工艺的分析，确定了工艺难点，通过合理的加工方案及工艺流程，改进刀具，顺利实现机体加工试制，机体主要尺寸的三坐标计量结果满足图样要求，为柴油机研制成功打下了基础，也为今后其他大功率中速柴油机机体加工积累了经验。