发动机正时链条盖快速样件加工方案

林爱绵 纪亚洋 顾仁军

(广东鸿图南通压铸有限公司，江苏 南通226300)

1 课题来源

今年，笔者公司承接开发某汽车公司的一款乘用车发动机零配件——正时链条盖(如图1)，此链条盖用于2.0 和2.0T 两款高性能发动机的装配。为了节约产品开发初期的开发费用，客户要求制作首版样件。首版样件主要用于发动机在开发前期性能测试、缺陷发现及验证工件特殊特性，能为客户端在产品开发初期节约开模、铸造的费用，成倍降低开发成本，便于在新产品量产初期制定并确立最终工程标准及技术要求，也减少产品投产后的设计风险及成本。

2 样件材料

对于首版样件的加工，主要考虑两个方面，一是工件的加工精度，二是如何防止工件加工后变形。起初，笔者公司工艺组在加工设计阶段使用的材料是铝型材6061 -T6，第1 次粗加工完成后发现工件平面度超出技术要求，达到0.8 mm。于是工艺组对加工工艺重新评审，更改为粗精加工:将工件粗加工完成后，预留余量进行精加工，结果，精加工完成后的平面度不仅没有改善，反而超过了0.8 mm，达到了2.0 mm，工件平面度已经远远超出了图纸的技术要求，无法满足送样。因此，工艺组针对工件加工后变形的原因进行分析，发现产品变形的“罪魁祸首”是材料的内应力导致。那么，内应力是如何影响产品的平面度呢?原来，材料在加工之前没有有效去除应力，加上工件在加工过程中，刀具与型材摩擦，摩擦产生的热量使材料分子异常活跃，分子在材料内部的剧烈运动使材料内应力聚增，在产品加工完成并松开夹紧机构后材料的内应力发生爆炸性释放，最终导致产品变形。那么，如何解决因内应力导致的变形问题呢?一般去除内应力的方法有两种，一种是通过淬火锻造，另一种是静置自然时效。很明显，样件不能进行淬火，而自然时效需要很长时间，无法按期完成订单交付。

工艺组通过研究调查，发现6061 -T6 型号的铝型材内应力较大，加工完后易变形。另外，由于6061 型材的主要合金元素是镁与硅，与铝元素固溶并形成Mg2Si 相。如果在6061 铝型材中加入一定量的锰与铬，可以有效抑制材料中铁元素在材料内部的活动，降低分子的活跃性，而T651 正是在T6 的基础上进行热处理预拉伸消除了材料的内应力，T651 中锰与铬的含量远远超出了T6 的含量，虽然其强度比7 系铝型材稍差，但其性能具有极佳的加工性能，6061 -T651 型材的可塑性、韧性可使该型材在加工后的变形极小。因此，工艺组决定用T651 替换原来的T6 型材，用6061-T651 铝型材进行加工，果然不负众望，样件加工完成后，经过专业仪器测量，工件的平面度稳定在0.15 mm以内，而客户图纸要求的技术参数为平面度≤0.4 mm，达到了送样要求。

3 工艺安排

此次首版样件的最大外形尺寸为511 mm×310 mm×81.75 mm，铝型材的规格为650 mm ×320 mm ×85 mm。链条盖同其他汽车零件相比，因其产品结构较薄，加工时易变形，加工精度要求及装配表面质量要求高。此样件是发动机总成不可或缺的部件之一，有着严格的装配尺寸要求和较高的形位公差精度。因此，对于此次首版样件的开发，也是一次较大的挑战。

通过对样件的结构及技术要求分析后，确定将工件分为3 道工序进行加工。

工序一:此链条盖的关键部位在于孔的位置度，以及与缸盖罩配合面F的粗糙度。所以我们将所有周边过孔安排在同一工序进行加工，以保证位置度，而内腔部位只要装配不干涉即可。故，这道工序采用立式加工中心(HASS VF3SS)，主要加工内容为链条盖内侧与缸盖罩的配合面F及周边所有螺栓过孔。工件通过专用夹具固定在机床工作台上，设定好工件坐标系，确定基准孔(如图2)，分为粗加工及精加工进行，而加工螺栓过孔时对其中用作下道工序定位的E、D两孔(图3)按定位孔要求(φ10+0.087+0.067mm)进行特别精加工，这样既保证保证了孔的位置度，又保证了加工精度。

工序二:采用立式加工中心(HASS VF3SS)，典型的一面两销(固定销)定位夹紧方案，以工件F基准面及D、E两孔(2 -φ10+0.087+0.067mm)作为定位孔(如图3)，对产品背面外形、油封孔、张紧轮螺栓过孔、缸盖罩密封面等部位进行精加工。在整个加工过程中，需要注意的是工件在粗加工完后，需从夹具中取出，清理干净夹具及工件上粘附的铝屑。防止铝屑造成的压伤，另外需检查F面平面度，如平面度＞0.4 mm 则报废停止加工。

工序三:采用立式加工中心带A轴回转的桥式夹具，夹具结构同工序二一样，采用典型的一面两销(固定销)定位夹紧方案，以工件F基准端面及B、C基准定位销孔2-φ5.95+0.087+0.067mm 实现定位(如图2)。A轴回转+90°，加工3-M12 以及4-M6 侧边螺孔(如图4)。

加工设备的选择:3 道工序的机床全部选用美国产HAAS VF3SS 立式加工中心，机床数控操作系统为HAAS 专用的操作系统，主轴采用12 000 r/min 的有色金属切削专用主轴，X/Y/Z运动行程为:1 016 mm/508 mm/735 mm，机床工作台尺寸为:1 219 mm ×457 mm，X/Y/Z定位精度±0.005 0 mm，重复定位精度±0.001 5 mm，夹具转台选用HAAS HRT310 规格(夹具不一定选用转台，我们选用转台的目的是为了量产做准备)。

工艺关键点及难点:该工件的加工难点主要是加工后产品易变形，工艺的关键是工艺的流程安排、刀具的定制及重要尺寸的保证。油封和销钉孔使用了复合成型刀具，且精加工刀具全部采用PCD 镗刀和铰刀，这样的刀具设计大大提高了工件的表面质量及产品精度。

4 加工过程中攻克的技术难点

此次首版样件的制作面临了技术上的诸多挑战，典型的技术难点如表1:

表1 典型的技术难点

5 结语

在新产品开发中，样件制作是很重要的环节，样件制作的质量会直接影响客户对公司技术资格的初步评定。此次加工该链条盖，工艺组本着认真、执着的科学探索精神对加工工艺不断研究、优化，最终提前完成了样件加工，达到了客户要求，并完成送样。通过此次样件制作，笔者团队也对首版样件的加工有了更深的理解，同时，也利用刀具、夹具、加工路径的优化，达到了节约成本的目的，用最少的成本创造出最大的利益。在未来，我们将积累更多的经验，并与更多人分享。