









精鏜孔加工影響因素分析與補償技術(shù)研究
編輯:2025-04-03 14:10:18
大連船用柴油機有限公司 機械加工部
鄒子俊 任超 汪源超 韓毅飛 劉緒光
摘要:船用柴油機的機座主軸承孔和連桿兩端軸孔分別連接曲軸軸頸與十字頭等核心運動部件,軸孔加工質(zhì)量直接決定柴油機傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性,因此具有極高加工精度要求,而其加工過程易受各種因素影響,因此公差控制非常困難。本文通過現(xiàn)場調(diào)查分析確認(rèn)影響船用主機機座和連桿軸承孔加工過程中的影響因素主要為溫度、裝配螺栓拉伸預(yù)緊力、裝夾方式等,并根據(jù)影響因素確定補償方法抵消誤差。
關(guān)鍵詞:機座鏜孔;連桿鏜孔;鏜孔影響因素;溫度
1. 實施背景
船用柴油機的機座主軸承孔和連桿兩端軸孔具有加工精度要求高,受各種環(huán)境因素影響大的特點,因此公差控制非常困難,需要根據(jù)環(huán)境變化人為對鏜孔尺寸公差進(jìn)行補償,影響鏜孔尺寸公差的環(huán)境因素主要包括:環(huán)境溫度、冷卻液溫度、機座主軸承蓋和連桿及兩端端蓋聯(lián)接拉伸力和拉伸間隔時間、刀具在鏜孔加工過程中的磨損以及連桿成品加工的裝夾方式等。
以溫度這一影響因素為例,在不同季節(jié)環(huán)境溫度和冷卻液溫度各不相同,量具(內(nèi)徑千分尺等)和工件都是金屬材料,受熱脹冷縮作用會存在尺寸公差的變動,如果能夠準(zhǔn)確掌握不同溫度下的鏜孔尺寸公差的變化趨勢,就可以適當(dāng)調(diào)整孔徑成品加工尺寸公差的方向,從而確保鏜孔成品后孔徑尺寸和形位公差滿足圖紙要求。因此研究各種外部因素對鏜孔誤差的影響是十分必要的。
機座精鏜孔的技術(shù)要求如圖1所示,為主機機座軸承孔直線度≤0.01mm,孔徑圓柱度≤0.02mm,孔內(nèi)表面粗糙度達(dá)到Ra1.6,尺寸公差為H7,且各孔之間同軸度也有要求。
連桿鏜孔精度要求如圖2所示,孔徑圓柱度≤0.03mm,尺寸公差為+0.06/0,孔內(nèi)表面粗糙度達(dá)到Ra1.6
溫度對鏜孔尺寸公差的測量和控制影響明顯,采購用于測量環(huán)境室溫、冷卻液溫度的溫度計,分別放置于兩臺龍門銑床走臺處和S17液壓站,測量不同環(huán)境溫度與冷卻液溫度影響下鏜孔情況;采用紅外線測溫槍測量量具(內(nèi)徑千分尺)和工件溫度,保證了數(shù)據(jù)采集的可靠性。
通過測量發(fā)現(xiàn),量具千分尺與工件隨溫度的變化情況基本相同,而冷卻液溫度的變化可使工件溫度與室溫有所差異。每月跟蹤測量6-8次冷卻液溫度,通過觀察冷卻液溫度的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)在全年中冷卻液溫度基本在12-26攝氏度之間浮動。
11月到次年3月,受供暖期、環(huán)境溫度驟降造成的環(huán)境溫度明顯低于冷卻液溫度以及晝夜室溫溫差過大等因素影響,機座鏜孔成品時工件溫度因冷卻液使用而高于室溫4℃以上表現(xiàn)為熱漲(紅外線測溫槍測得工件加工溫度與環(huán)境溫度的差值),此時終檢尺寸比床檢尺寸偏小0.04mm左右,因此實際鏜孔時至少要按公差帶的上偏差+0.02mm鏜孔,才能保證機座軸孔恢復(fù)室溫后測量尺寸縮小但仍在公差帶內(nèi)。
表1 機座溫度影響表(天氣溫度驟降室溫溫差大)單位mm
當(dāng)晝夜溫差較小時,量具千分尺、冷卻液溫度與室溫基本相同,加工工件溫度比室溫略高或略低1℃,機座軸承孔終檢尺寸縮小量僅為0.01mm左右,滿足公差帶的要求,按圖紙公差要求上偏差鏜孔成品。
4-7 月上旬,9-10月期間,室溫、冷卻液溫度和工件溫度基本等同,機座軸承孔成品尺寸公差隨溫度幾乎無變化,熱脹冷縮現(xiàn)象不明顯,按圖紙要求公差尺寸鏜孔成品。
7月下旬到8月未,因為室溫明顯高于冷卻液水溫,工件受冷卻液水溫影響要明顯大于受室溫溫度的影響,工件溫度低于室溫溫度表現(xiàn)為冷縮,此時終檢尺寸相比床檢尺寸偏大0.01~0.02mm,所以在這1個半月機座軸承孔加工時應(yīng)按公差尺寸減少0.01~0.02mm鏜孔,以補償軸承孔恢復(fù)室溫后的增大量,如表4所示。
龍門銑床工作臺一次至少放置3根連桿,在鏜孔過程中各連桿有更多的冷卻時間,而鏜床一次只能加工1根連桿,鏜孔冷卻時間較龍門銑床減少2小時左右,所以在鏜床鏜連桿孔時需要比在龍門銑鏜孔給予更大的補償量,特別在供暖期前后、室外溫度突然驟降(在周末現(xiàn)場環(huán)境溫度與冷卻液溫度相差過大,工件溫度與環(huán)境溫度通過測溫槍測溫超過5℃以上出現(xiàn)熱漲現(xiàn)象)情況下,鏜孔成品時按公差帶上偏差+0.04mm補償鏜孔。
以5S50MEC#1連桿鏜孔成品為例,實時室溫為0~2℃,十四米鏜床鏜十字頭端軸承孔D(+0.05/0)、曲軸端孔D(+0.08/0)加工,四天后復(fù)檢,鏜孔終檢成品尺寸變?yōu)槭诸^端軸孔D(0/-0.01)、曲軸端孔D(+0.01/0),有4件連桿需重新回機床合鏜十字頭端孔及曲軸端孔,由此可見溫度變化對鏜孔成品加工有著重要的影響,需要提前進(jìn)行補償。
如表5所示,當(dāng)晝夜溫差較小時,量具千分尺、冷卻液溫度與室溫基本相同,加工工件溫度比室溫略高或略低1℃,軸孔終檢測量值較床檢測量公差縮小0.02mm,因此連桿鏜孔應(yīng)按成品公差增加+0.01~+0.02mm加工。
4-7 月上旬,9-10月期間,室溫、冷卻液溫度和工件溫度基本等同,受溫度影響的測量值在0.01mm左右波動,熱脹冷縮現(xiàn)象不明顯,滿足圖紙公差帶要求,因此連桿鏜孔成品尺寸按圖紙要求公差尺寸鏜孔成品。
7月下旬到8月未,因為室溫明顯高于冷卻液水溫,工件受冷卻液水溫影響要大于室溫溫度影響,工件溫度低于室溫溫度出現(xiàn)冷縮現(xiàn)象,終檢測量值比床檢尺寸偏大0.01~0.02mm,所以在這一個半月連桿鏜孔成品時應(yīng)按公差尺寸縮小0.01~0.02mm鏜孔。
表7 連桿溫度影響表(7月下旬-8月)單位mm
3.3不同溫度下的鏜孔補償
通過3.1、3.2節(jié)分別研究環(huán)境溫度變化對機座鏜孔、連桿鏜孔成品尺寸的影響規(guī)律繪制了如圖5、圖6所示的變化補償量表。通過機座軸承孔和連桿鏜孔時受環(huán)境溫度影響的數(shù)據(jù)采集,為機床操作者提供了大直徑孔成品加工在不同季節(jié)的人為補償值,例如在冬季11月到次年3月,室溫低于冷卻液溫度,如果晝夜溫差過大,冷卻液溫度使工件溫度明顯高于室溫時,操作者在鏜孔成品時可按尺寸公差上限增大0.02mm左右實行。
如果現(xiàn)場處于供暖低溫運行,工件溫度與室溫相差不明顯時,可按圖紙公差尺寸加工。在4-6月和9-10月,室溫、冷卻液、工件溫度基本一致,可按圖紙公差尺寸鏜孔成品。
夏季7-8月,室溫高于冷卻液溫度,工件受冷卻液影響使加工溫度低于室溫,在這一個半月,鏜孔成品尺寸可縮小0.01-0.02mm左右,這樣鏜孔成品后的孔徑尺寸可滿足圖紙要求。
機座成品后,需要與主軸承蓋進(jìn)行裝配,并由主軸承螺栓拉緊后方可進(jìn)行鏜孔工序。機座、主軸承蓋材質(zhì)均為20#鋼,受到拉伸力影響的形變量基本一致,連接螺栓拉伸力由專利公司約定,根據(jù)機型不同一般在1300-2200bar之間,因此只能從拉伸間隔時間想辦法降低拉伸變形對鏜孔精度的影響。
為分析裝配時拉伸間隔時間對孔徑的最終鏜孔尺寸和孔徑圓度的影響,跟蹤6G60MEC#13、6G50MEC#9等三臺主機拉伸后鏜孔情況,結(jié)果如表8所示機座主軸承座蓋拉伸時間間隔在10天左右時,因拉伸后時間間隔引起的孔徑圓度誤差基本消除,超過10天,孔徑圓度誤差基本不變且不滿足生產(chǎn)計劃納期。
表8 機座拉伸影響表(間隔時間≥10天)單位mm
因為生產(chǎn)周期限制,一般機座主軸承蓋拉伸連接后不能等待10天以上再進(jìn)行合鏜孔加工,因此需要不斷縮短間隔時間并觀察鏜孔效果,以確定出可接受的最小時間間隔。
通過持續(xù)跟蹤6G60MEC、6G50MEC等多臺主機機座拉伸間隔最終得出結(jié)論:當(dāng)機座與主軸承蓋拉伸連接時間間隔超過24小時再進(jìn)行鏜孔成品,孔徑圓度誤差≦0.01mm符合圖紙要求且滿足生產(chǎn)周期。
表9機座拉伸影響表(間隔時間<10天)單位mm
連桿兩端十字頭軸承蓋和曲柄銷軸承蓋為QT400-15鑄鐵件,而連桿本體為45#鋼,拉伸時受到的拉伸力為1500~2200bar,由于兩個連接件的材料不同,十字頭端軸承孔聯(lián)接螺栓絲孔在連桿本體中,而曲軸端軸承孔聯(lián)接螺栓的絲孔在鑄鐵軸承蓋內(nèi),受到拉伸力影響時材料的形變量不一致,這樣造成拉伸力對曲柄銷孔孔徑成品尺寸影響較明顯,受影響程度要比機座軸承孔更大。
連桿拉伸間隔時間表10顯示拉抻間隔時間不足24小時上機床鏜孔成品,孔徑圓度超過圖紙要求0.02mm,造成曲軸端軸孔(爐號194-0097-2)和十字頭軸孔(爐號:194-1591-1)回機床返修。
2019年9月加工青島船柴7G80MEC CSB052#連桿時,因為青柴臨時改變交貨時間,導(dǎo)致7G80MEC CSB052#連桿軸承蓋拉伸間隔時間超過兩周以上才進(jìn)行鏜孔成品,經(jīng)實測孔徑圓度基本無誤差,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足圖紙對圓柱度要求,但加工周期過長難以滿足日常生產(chǎn)的要求。
參照機座鏜孔的研究經(jīng)驗,同樣對后續(xù)6G45MEC、6G50MEC等7臺在制主機連桿進(jìn)行拉伸間隔跟蹤,不斷縮短間隔時間觀察對鏜孔成品的影響,結(jié)果如下表所示,通過連桿與軸孔受拉伸間隔時間的影響數(shù)據(jù)采集分析,我們認(rèn)為連桿在拉伸后靜置24小時,待拉伸應(yīng)力釋放后,再上機床進(jìn)行連桿十字頭與曲柄銷孔成品加工能滿足圖紙的形位公差要求,連桿孔徑圓度≤0.02mm。拉伸后靜置24小時以上為最短拉伸間隔時間,不但可以確保加工周期還降低連桿重復(fù)返修的機率。
表11連桿拉伸間隔時間影響表 單位mm
連桿鏜孔成品的裝夾即要滿足鏜孔加工的切削穩(wěn)定性又要避免因裝夾而引起的連桿變形。連桿裝夾變形將影響連桿兩端孔之間的幾何精度要求。連桿鏜孔最佳裝夾方式為平放,采用三點支撐方式,如果采用豎放V型鐵支撐方式,注意壓板著力點在V型鐵上,其它懸空部位適當(dāng)進(jìn)行輔助支撐,在支撐時用百分表檢驗連桿是否有輕微變形。
龍門銑床和鏜床在連桿成品加工過程中,先分別對十字頭孔和曲柄銷孔粗加工留余量1mm以內(nèi),再松開工裝夾具,釋放連桿鏜孔加工中產(chǎn)生的加工應(yīng)力,這樣雖然增加了操作者反復(fù)更換鏜刀桿和裝夾工件的勞動強度,但可以充分釋放鏜孔應(yīng)力對連桿鏜孔尺寸和形位公差造成的影響,通過釋放鏜削應(yīng)力后再進(jìn)行半精加工與精加工成品。
提出基于環(huán)境溫度影響的鏜孔補償方案,解決了機座、連桿裝配時螺栓拉伸間隔時間對鏜孔加工精度的影響問題,優(yōu)化連桿鏜孔裝夾及加工過程,實現(xiàn)了鏜孔精度的提升,避免鏜孔成品受到溫度、拉伸力、加工應(yīng)力等影響出現(xiàn)的尺寸超差現(xiàn)象,保證施工周期。
該項目創(chuàng)造性的將加工中環(huán)境影響因素考慮到加工范圍內(nèi),從而動態(tài)調(diào)整鏜孔的公差浮動范圍,突破了以往僅從圖紙要素獲得加工數(shù)據(jù)的局限,為今后加工大缸徑軸承孔提供了新的思路,具有前瞻性和創(chuàng)造性,在國內(nèi)及同行業(yè)處于領(lǐng)先地位。
提高主機機座軸承孔、連桿合鏜孔加工精度和加工質(zhì)量,降低返修率,提高加工效率,為公司在今后大直徑鏜孔類多種經(jīng)營工件的加工積累經(jīng)驗,增加公司的利潤點。
參考文獻(xiàn)
[1]王先逵.機械制造工藝學(xué).機械工業(yè)出版社,2013.
[2]聞邦春.機械設(shè)計手冊. 機械工業(yè)出版社,2010.
作者簡介 鄒子俊,1968年生,男,特級技師,NC龍門銑床主操作。
任超,1990年生,男,工程師,產(chǎn)品工藝。
汪源超,1985年生,男,技師,NC龍門銑床主操作。
韓毅飛,1986年生,男,技師,NC龍門銑床主操作。
劉緒光,1985年生,男,技師,NC龍門銑床主操作。
來源:船柴
ADDRESS
? ? ? ? (Z28時尚硅谷2號樓2303室)
郵編:116021
郵箱:dljxlhw@163.com

CONTACT US
秘書長 0411-83766521
綜合部 0411-83766525 0411-83766526(傳真)
信息部 0411-83766526 0411-83766526(傳真)
聯(lián)絡(luò)部 0411-83766523 0411-83766523(傳真)
CONTACT US
秘書長 0411-83766521
綜合部 0411-83766525 0411-83766526(傳真)
信息部 0411-83766526 0411-83766526(傳真)
聯(lián)絡(luò)部 0411-83766523 0411-83766523(傳真)?
地址:大連市沙河口區(qū)振工街28號
? ? ? ? (Z28時尚硅谷2號樓2303室)
郵編:116021
郵箱:dljxlhw@163.com