铝合金活塞销孔加工过程工艺优化

Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５００６１，ＣＨＮ；（￣）Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｂｉｎｚｈｏｕ Ｂｏｈａｉ Ｐｉｓｔｏｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，
Ｂｉｎｚｈｏｕ ２５６６０２，ＣＨＮ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗ ｉｔｈ ｒｅｓｐｅｃｔ ｔｏ ｔｈｅ ｅｄｇｅ ｃｈｉｐｐｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｎ ｈｏｌｅ ｉｎ ｒｏｕｇｈ ｂｏｒｉｎｇ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｐｉｓｔｏｎ ａｌｌｏｙ，ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉ－
活 塞作 为 汽车 发 动 机 的 心 脏 ，是 把 发 动 机燃 烧 产 生 的热 能转 化 为有 效 功 的 最 关 键零 部 件 ，活 塞 承受 着 高 温 、高爆 压 。随着 汽 车 工 业 高 效 和 节 能 减 排需 求 的 不断提高 ，发动机应具有更高的功率密度 ，高强耐磨轻 质新 材 料在 发 动机 活 塞 上 的应 用 日趋 广 泛 。然 而 ，当 发动 机 爆 发压 力 达 到 ２０ ＭＰａ时 ，在 高温 高 压工 况 下 ， 装 机 易 出现 活塞 燃烧 室 和销 孔 开 裂 等 破 坏 失 效 。活 塞 的加 工质 量 已成 为制 约活 塞使 役性 能 和疲 劳 寿命 的重 要 因素之 一
２０１ ８年 第 ２期
铝 合 金 活塞 销 孔 加 工 过 程 工 艺优 化 水
李安海①② 卢永红② 刘 涛② 赵 军①
（① 山东大 学机 械 工程 学 院高效 洁净机 械 制造教 育部 重点实验 室 ，山东 济 南 ２５００６１； ② 山东 滨 州渤 海活塞 股 份有 限公 司 ，山东 滨州 ２５６６０２）
关 键 词 ：铝 合 金活 塞 ；活 塞 加工 ；负 剪切 ；工 艺优化 中图 分类 号 ：ＴＧ５０６ 文献 标 识码 ：Ａ ＤｏＩ：１０．１９２８７／ｊ．ｃｎｋｉ．１００５－２４０２．２０１８．０２．００５
Ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍ ａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｌｕｍ ｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｐｉｓｔｏｎ ｐｉｎｓ
活塞 切 削加工 时 ．往 往 以止 口为多 道 工 序 的定 位 基准 ，其 工 艺 流程 包 括 以下 工 序 ＿１ Ｊ：粗 车 止 口一 粗 车 外 圆 、顶 面一精 车 止 口一 粗 镗 销孔 一 精 车 环 槽一 半 精 车外 圆一 精镗 销孔一 车 挡 圈槽 一 车 内角一 粗精 车燃烧 室一 精 车外 圆 。其 中 ，精 车 环槽 、精镗 销孔 和精 车外 圆 是对 活塞 加工 表 面影 响 最 大 的重 要 工 序 。需 要 严格 控 制 。在加 工过 程对 刀具 和切 削 参 数 的 选 择要 求 较 高 ， 需 要对 加 工用 刀具 几何 参 数 和 切 削参 数进 行 优 化 ，从 而提 高加工 表 面完整 性 和加工 效率 。特 别是 镗销 孑Ｌ时
摘 要 ：针 对铝 合金 活塞 生产 过 程 中镗 孑Ｌ粗加 工 时 出现 的 销 子Ｌ外 口材 料 崩边 的 现 象 ，采 用理 论 分析 及 有 限 元 仿真 分析 了原 因 ，揭 示 了切 出时负 剪切效 应及 作 用机理 ，并 进行 了 刀具材 料 、加 工工 艺 方式 、刀具 形状 、刀 具 结构 和润 滑方 式等 的 优 化 改进 设 计 。 刀具 材 料 由硬 质合 金 改为 金 刚 石 （ＰＣＤ）、加 工 工 艺 方式 由“粗 加 工一 半精 加工 一 精 加 工”改进 为 “粗 加 工一 精 加 工”、刀 具 形状 由方 形 改 为 菱形 、刀 具 结构 由“对 称 型”改为 “非对 称 型 ”、润 滑 方 式 由使 用 切 削液 改 为 高速 干 切 削 ，优化 改 进 后 在 铝合 金 活塞 生产 加工 获得 了 良好 的应 用效 果 。
Ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｍａｔｅｒ ｉａｌ ｉｓ ｃｈａｎｇｅｄｈｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｆ ｒｏｍ ”
ｒｏｕｇｈｉｎｇ－ｓｅｍｉ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ—ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ” ｔｏ ”ｒｏｕｇｈｉｎｇ～ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ”．ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｓｈａｐｅ ｉｓ ｃｈａｎｇｅｄ ｆｒｏｍ ｓｑｕａｒｅ ｔｏ ｄｉａｍｏｎｄ，ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｃｈａｎｇｅｄ ｆｒｏｍ ｓｙｍ ｍｅｔｒｉｃａｌ ｔｏ ａｓｙｍｍ ｅｔｒｉｃ，ｔｈｅ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｔｏ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｄｒｙ ｃｕｔｔｉｎｇ，ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｐｉｓ— ｔｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｂｔａｉｎｓ ａ ｇｏｏｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ． Ｋ ｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍ ｉｎｕｍ ｐｉｓｔｏｎ； ｐｉｓｔｏｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ；ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｈｅａｒ ｅｆｆｅｃｔ；ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
ＬＩ Ａｎｈａｉ①② ＬＵ Ｙｏｎｇｈｏｎｇ② ＬＩＵ Ｔａｏ② ＺＨＡＯ Ｊｕｎ①
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（① Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｅｆ ｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ Ｃｌｅａｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ ＭＯＥ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
ｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｆ ｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ（ＦＥＭ） ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｉｓ
ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｈｅａｒ ｅｆｆｅｃｔ ｗｅｒｅ ｒｅｖｅａｌｅｄ． Ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅ ｐｒｏ— ｃｅｓｓｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｓｈａｐｅ，ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｏｐｔｉｍａｌｌｙ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．