影响活塞铸铁环槽加工质量的因素初探

邓春华 严继斌

摘要：在内燃机技术逐渐发展过程中，发动机对于活塞环在使用寿命方面的要求越来越高，在此情况下，活塞铸铁环槽在进行机械加工时，质量要求也进入到了全新阶段，其中主要体现在对于活塞品种有了更高要求。为了实现活塞铸铁环槽整体加工质量提升，需加强对其机械加工整个过程的研究，运用理论结合实践方式，促进加工质量有效提升。

Abstract： In the process of the gradual development of internal combustion engine technology， the engine has higher and higher requirements for the service life of piston rings. In this case， the quality requirements of piston cast iron ring groove in machining have entered a new stage， which is mainly reflected in the higher requirements for piston varieties. In order to improve the overall processing quality of piston cast iron ring groove， it is necessary to strengthen the research on the whole process of machining， and use theory combined with practice to promote the effective improvement of processing quality.

關键词：活塞铸铁环槽;加工质量;发动机

Key words： piston cast iron ring groove;processing quality;engine

中图分类号：TG174.4                                   文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）09-0103-02

0  引言

发动机对于活塞铸铁环槽在加工时的质量提出了全新要求，加工过程中，质量影响因素主要包括这几方面，即刀具、机床、加工参数、夹具等，通过对影响因素的全面分析，能够进一步促进其在加工时质量的提升，使加工质量与技术要求之间相适应[1]。

1  铸铁环槽在加工时的质量要求

加工过程中，尺寸方面的要求主要为槽侧面与活塞顶面之间的轴向距离，在表示时，可以将其表示为L，也包括环槽宽度，环槽宽度在表示时可以将其表示为A，同时包括槽底直径，槽底直径在表示时可以将其表示为D1。形状要求主要为槽层面中径向直线度，槽侧面中平面度等，位置要求主要为针对活塞轴线中的圆跳动度的要求，表面质量为侧面表面实际粗糙程度[2]。铸铁环槽在进行加工时，其质量和发动机体现出的使用性能之间联系紧密，在加工质量未能达到合格情况下，发动机将会出现漏气严重、机油消耗高多种问题[3]。严重时，铸铁环槽和活塞铝制机体之间黏合位置会出现断裂或者是裂纹，在发动机长期运转情况下，可能会使缸体发生损坏，进而出现质量事故。

2  活塞铸铁环槽在加工时的质量影响因素

铸铁环槽在进行加工时，质量主要为形状、尺寸精确程度、位置精确程度、表面实际粗糙程度这几方面，对其加工质量产生影响的因素不仅包括材料自身，也包括夹具、机床、技工参数、刀具等。

2.1 机床

活塞环槽在进行加工时，多数在卧式的机床中进行，因此卧式机床具体精度会对其在加工时的质量产生直接影响。其中主要体现在这几方面：

首先，对环槽槽底质量产生的影响[4]。在卧式机床导轨存在水平直线误差情况下，便会影响槽底直径，在导轨中直线误差达到0.01mm时，半径方向便会发生变化，并且受到定位误差影响，定位夹具中止口胎和定位面配合时在直径上方会有间隙存在，加工过程中会出现环槽底圆影响活塞外圆形中的圆跳动情况，进而产生误差。卧式机床对环槽底圆在加工时精度产生影响的主要原因在于机床底轴会出现回转误差，也就是主轴径向着圆跳动[5]。

其次，对环槽侧面质量产生的影响。在加工过程中，如果机床主轴出现轴向窜动情况，将会影响环槽进行侧面加工时的质量，即环槽侧面出现平面误差。

2.2 夹具

就当前来讲，进行活塞生产时，主要是运用批量化加工方式，为了实现快速装夹以及快速定位，需利用专用夹具，夹具质量和机床呈现出的配合性能会影响活塞环槽在加工时的质量[6]。在保证卧式样机床位置准确时，往往会运用定位止口胎进行活塞以及机床中间件的连接，就其结构来讲，会由于活塞在设计时结构的不同存在差异，一般情况下，结构形式主要分为两种，也就是定位端面以及定位圆周面。

就止口胎定位来讲，原理在于其定位端面能够对活塞顺着Z轴在移动时的自由度有所限制，也会对绕Y轴以及Z轴在转动时的自由度有所限制。对于定位圆周面，能够对活塞绕Y轴和X轴时在旋转时的自由度有所限制。因此进行活塞环槽加工时，止口胎能够对活塞自由度进行有效限制。活塞围绕Z轴进行转动时自由度可以通过专用定位块实现。定位块加工时能够进行传递扭矩，进而带动活塞和机床主轴共同旋转。对于其夹紧方式来讲，主要运用气动压力方式，通过万向顶盘在机床尾部进行连接。活塞定位在结束之后，活塞顶部运用夹紧力完成加紧工作，进而活塞进行旋转加工过程中不会出现较大位置上的变化。对于工件中的定位基面与定位元件中的限位基面之间的集合可以称之为定位副，活塞以及定位元件存在的误差主要包括这几个方面，也就是活塞和止口胎定位端面存在的误差，拨块出现的误差，活塞和止口胎定位圆周面存在的误差，就圆周面误差来讲，在圆周面和止口胎中的限位圆周面活塞轴与接触面之间的接触较少时，受切削力和活塞重力多种影响，活塞会出现倾斜角，进而导致活塞环槽侧面影响活塞轴面具体垂直度，由此可见，加工中存在的误差大小和活塞环槽侧面与定位端面之间的距离，倾斜角度以及活塞外径相关[7]。

就定位块误差来讲。在加工过程中，定位块和活塞内档面之间仅能通过单边线进行接触，加工过程中，受切削力影响，活塞十分容易出现径向窜动，进而对环槽在加工时的精确程度产生不良影响。实际加工过程中，为了保证加工效率，进行活塞安装时往往会运用非定向装夹形式，在此情况下，定位块和活塞内档面进行接触时，位置的一致性难以得到充分保证，因此需运用适当措施进行改进，可以将整体定位块变为浮动定位块，这种方式的运用能够在较大程度上减少加工过程中对加工精度产生的影响，使活塞质量得到较大程度保证。

2.3 刀具

在切削技术不断发展过程中，当前进行活塞铸铁环槽加工时，一般会使用聚晶立方氮化硼刀具，此种刀具优势比较明显，其中主要体现在耐磨、硬度高、耐冲击等，多数情况下，可以加工活塞只数能够达到一千多，此种刀具和早期运用硬质合金刀具之间相比，在使用寿命方面获得了明显的提升，也能使环槽表面在加工时的质量获得明显提升。

2.4 加工参数

活塞环槽进行加工时，加工参数会对其表面粗糙程度产生较大影响，对于环槽在加工时的参数来讲，主要为切削进给量、主轴转速、切削深度。就环槽表面粗糙程度来讲，不同产品在要求上会有所不同，部分产品为Ra1.25μm，部分产品为Ra0.4μm。在相同机床进行加工时，表面粗糙程度虽然相同，但是受活塞结构有所不同影响，需要使用的加工参数会有所不同，怎样在加工时以较快速度获得最优加工参数为活塞加工时需重点关注的问题。为了使加工参数实现最优，可以运用六西格玛方面的管理工作实现设计试验，并和以往获得的加工数据结合在一起，获得合理数据组合展开试验，进而在短时间内获得加工参数。

3  活塞铸铁环槽在加工时提升质量有效策略

3.1 刀具加工时分析受力

进行受力分析时，需注重材质参数的选定，然后对受力进行详细分析，一般情况下，刀尖圆弧半径会轻微影响刀具前面刀的实际磨损速度，切削速度会明显影响刀具前面刀实际磨损程度。同时进给量也会对磨损程度产生较为明显的影响，但是与切削速度相比明显更弱。

3.2 正确使用车削方式

进行铸铁环槽加工时，结合其物理性能，最好使用复合刀具，并且在加工时使用切削方法会对刀具在使用时的成本产生直接影响，因此选择主切削刃时，与图纸中的要求相比，宽度需略窄，刀尖圆弧半径和环槽槽底部之间在弧度上需保持一致。就刀具角度来讲，需和环槽要求总角度相比略小。这种方法的运用，不仅能够使表面粗糙程度得到保证，也能让环槽宽度变得更窄。同时可以运用程序调整方式补偿，将刃磨频次与换刀频次降低，实现工作效率的有效提升。

3.3 优化选择工艺参数

活塞环槽在进行切削时，刀具和环槽之间存在物理作用以及机械作用，因此刀具磨损相关问题较为复杂，在车削速度比较低的情况下，磨损为粘结磨损，在车削成速度比较高时，磨损为扩散磨损。针对工艺参数进行优化的主要目的在于使加工质量与效率得以保证情况下，将刀具使用时产生的磨损下降到最低。

3.4 选择切削液

使用切削液能够将切削时的温度降低，减少刀具和加工表面之间产生的摩擦，促进刀具实际使用寿命提升，当前主要为水基切削液体以及油基切削液，在选择过程中，需结合工件材料、加工工序、环保卫生、机床状况等多种因素。

4  结束语

总之，活塞铸铁环槽在进行加工过程中，夹具、机床、加工参数、刀具等会产生比较直接的影响。因此实际加工时需对这些因素进行充分考虑，有效控制夹具精度、机床进度能，进而使质量上与相关要求相符。

参考文献：

[1]倪天宝，郭晓云，郭立民，等.气密检测在活塞铸铁环槽加工中的应用原理设计[J].时代汽车，2020（11）：104-105.

[2]王芬.磷铁环压脱机机架工艺研制[J].有色矿冶，2019，35（5）：44-48.

[3]闫树龙，叶雷，杨启凡，等.京张高铁八达岭隧道及地下站活塞风效应研究[J].铁道标准设计，2020，64（1）：75-80.

[4]郭超.柴油机活塞温度场有限元分析[J].内燃机与配件，2020（2）：53-54.

[5]刘庆刚，耿泽伟，朱海荣.水滴形活塞冷却油腔振荡传热数值模拟与优化[J].机械设计与制造，2020（2）：47-50.

[6]张翼，王永昌，马运昌，等.150柴油机活塞瞬态温度场分析[J].机械设计与制造工程，2020，49（3）：5-9.

[7]谢传东，刘志龙，曹斌，等.微型无油压缩机用活塞环改进设计[J].中国设备工程，2020（19）：122-123.

作者简介：邓春华（1966-），男，湖北武汉人，工程师，研究方向為机械制造。