加工發動機氣缸罩蓋并不難,來個尼龍的怎么樣?

          來源:網絡   發布時間:2022-07-27   瀏覽:163次  

          氣缸蓋罩蓋最基本的功能是與缸蓋一起形成一個近似密閉空腔,遮蓋并密封氣缸蓋,同時還兼顧將機油與空氣隔離、曲軸箱通風、充當機油加注口、作為傳感器安裝支座等功能。


          長期以來氣缸蓋罩的制造材料一直都是金屬,近年來在輕量化應用的驅使下鋁合金氣門罩的制造技術進步很大,與此同時尼龍等新材料也有所應用,下面將分別介紹鋁合金和尼龍PA66材料的氣缸蓋罩蓋設計與工藝。


          鋁合金氣缸蓋罩的CNC制造加工


          傳統壓鑄類氣缸蓋罩蓋的制作周期長,生產成本昂貴,當零件結構更改時需重新生產毛坯,不能滿足整車周期的需求,因此嘗試采用靈活性較高的CNC數控加工技術來解決。


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          ▲氣缸蓋罩蓋的結構示意圖


          1.零件特性


          該零件采用6061鋁合金材料進行加工,此材料是經熱處理預拉伸工藝生產的高品質鋁合金產品,具有加工性能極佳、優良的焊接特點及電鍍性、良好的抗腐蝕性、韌性高及加工后不變形、材料致密無缺陷及易于拋光、上色膜容易、氧化效果極佳等優良特點。氣缸蓋罩蓋的結構具有以下特點:殼體類薄壁件,平面度要求為0.5,高壓油泵挺柱孔直徑為φ26(0,+0.021),高壓油泵安裝孔及挺柱孔同軸度要求為0.1。


          2. 加工方式:3+2軸


          使用三軸機床加工零件時,對于零件的正面結構特征,一般不存在刀具加工不到的情況,但對于高壓油泵安裝孔及挺柱孔,由于三軸機床的刀軸處于鉛直狀態,不能傾斜,刀具不能切入,因此高壓油泵安裝孔及挺柱孔無法機加工成型。此時,使用五軸機床配合3+2軸加工方式,將刀軸根據座高壓油泵安裝孔的結構特征傾斜,將這兩個結構特征轉變為正面結構特征。依然使用三軸加工策略來計算刀具路徑,這樣可以解決高壓油泵安裝孔及挺柱孔的機加工成形問題。


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          3.加工過程


          由于零件結構較復雜,加工時采用粗加工-半精加工-精加工-多次清根-鉆孔等工藝過程進行程序編制,加工順序按照上表面-內腔面-高壓油泵安裝孔精加工三個步驟進行。


          首先要設定一個合格的毛坯,該毛坯需將氣缸蓋罩蓋的外形都包含在內,并預留夾持尺寸,通過邊界計算,毛坯的尺寸設為520mm×300mm×100mm以滿足要求。毛坯建立后,在毛坯中間設立坐標系,后續加工以該坐標系為準,因此選擇毛坯中間進行坐標系建立,這樣加工時,操作者容易定位找正。


          以上面建立的坐標系為基準,創建相應的刀具對該毛坯進行機加工,隨后進行CNC數控加工的最核心的內容加工策略的編制。首先進行上表面的加工,工作完成后在程序輪廓外鉆鉸φ8定位找正孔,并在毛坯四邊精加工一邊作為找正線,翻面后將坐標系繞Y軸翻轉180°,以找正線及φ8定位找正孔找正零件毛坯,加工內腔面,加工完成后精加工高壓油泵安裝孔。


          PA66氣缸蓋罩設計與制造工藝


          雖然氣缸蓋罩歷來都是由金屬所主導的應用, 但尼龍PA66是一種具備許多優點的可行替代材料。設計制造PA66材質氣缸蓋罩時應從制造工藝、材料特性以及行業趨勢等因素進行綜合考慮。


          1.材料相關的考慮因素


          所選材料的特性是首要設計考慮因素。PA66是一種熱塑性塑料, 因此其特性會隨著環境變化,使用增強材料可以減弱環境變化的影響。PA66較之于它所取代的金屬具有更低的硬度和密度,因而會削弱降噪功能,解決的方法是將氣缸蓋罩隔離。通過使用帶肩螺栓和橡膠墊圈隔離搖臂罩,可以顯著減少噪聲傳遞。


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          ▲隔離系統


          2.氣缸蓋設計


          在沖壓鋼搖臂罩時代,由于鋼的高模量,通常使用4到10個螺栓壓緊密封面。PA66也具有高模量,但它不能與鋼相提并論。有限元分析將有助于確定需要多少個螺栓才能獲得均勻的壓緊力。圖4中所示的氣缸蓋罩采用14個螺栓來實現適當的密封。另一個與螺栓布置相關的關鍵問題是需要圓角螺栓,可提供均勻的壓緊力并消除泄漏通道。


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          3.制造工藝


          成型技術注塑成型是應用最廣泛的氣缸蓋罩制造方法,材料出模后直接就是成品,但需要保證設備得到充分且均勻的冷卻,從而確保零件的成型應力最低。


          另一種方法即模壓成型通常很容易被忽視,但是對于盒狀氣缸蓋罩,模壓成型非常適合。雖然成型后精加工有時會使成本高于注塑成型零件,但是如果只需少許成型后精加工,此方法實際上可以降低零件總體成本。


          傳遞成型是模壓成型的變異, 它也非常適合氣缸蓋罩應用。此方法適用類似于注塑成型的封閉式模具,但具有壓模成型的較快成型周期。


          4.單獨成型的零件


          氣缸蓋罩有時具有內部擋板,用于機油加注或曲軸箱通風。由于存在模鎖,這些部件通常不可能在內部成型。因此它們需要單獨成型并且通過以下三種方法之一連接到氣缸蓋罩。


          最簡單的方法是扣合件??酆霞杀镜颓沂褂醚附?,但主要問題是失效后會導致功能不正?;虬l動機損壞??酆霞囊粋€替代方法是機械緊固件,由于較為復雜而不常用。另外,機械緊固件還在氣缸蓋罩內占據相當一部分空間。


          最常用的方法是焊接。零件結構將決定要使用的焊接方法:旋轉焊接、振動焊接或感應焊接。焊接不但為零件提供了良好的密封性, 而且顯著降低了復雜程度。由于實質上是一件零件, 因此不存在與扣合部件相關的失效問題。焊接的一個缺點是必要設備和夾具的成本。


          另一種可考慮的連接形式是粘接。新型環氧基粘合劑具備焊接的優點且沒有附加成本。此方法存在一個時間問題, 因為多數環氧基粘合劑需要一小時或更長時間固化。粘結連接法通常與扣合方法結合使用,形成一種夾固方法并提供額外的失效保護。


          5.材料特性


          有效的氣缸蓋罩設計需要各種材料特性共同作用。其中第一種特性是材料硬度。材料的硬度將壓緊力從緊固件傳遞到密封件。PA66在各種溫度下具有卓越的硬度, 使壓緊力得以傳遞。


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          要實現良好的壓緊力傳遞,另一個要考慮的問題是翹曲。如果零件由于翹曲而變形, 它將無法均勻地傳遞壓緊力。通??梢圆捎眠m當的模具設計和澆口來解決該問題。對于某些長氣缸蓋罩,則需要使用低翹曲材料。


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          零件不僅必須提供足夠的壓緊力,還必須長期保持壓緊力。導致壓緊力下降的常見原因是蠕變(圖7)。如上所述,氣缸蓋罩中的大部分蠕變可以在設計階段處理,所選材料在這方面可以產生顯著影響。


          6.零件集成與徑向密封


          在汽車行業中, 近來出現的一個明顯趨勢是零件集成,氣缸蓋罩也不例外。通常這種集成包括氣缸蓋罩和空氣濾清器殼體或進氣歧管的集成。在一些情況下,空氣濾清器殼體也適合集成到氣缸蓋罩內。由于考慮到更大的組裝靈活性和更加簡便的加工,空氣濾清器可以成為更好的集成選擇。圖8顯示了這種集成以及進氣歧管與氣缸蓋罩的集成。


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          另一個新興趨勢是徑向密封概念,它最大限度地減少了氣缸蓋加工過程,還增強了密封系統的性能,圖9說明了這種密封的多個密封元件與僅有一個密封元件的傳統氣缸蓋罩的不同之處。


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          雖然氣缸蓋罩歷來都是由金屬所主宰的應用,但PA66是一種具備許多優點的可行替代材料。在考慮制造工藝、材料特性以及行業趨勢等相關因素后,設計性能、成本節約以及重量減輕等目標均可實現。而金屬材質氣缸蓋罩(如鋁合金)的制造也具有著現階段不可替代的地位,CNC加工能夠改進很多傳統壓鑄方法的不足之處。



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