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[分享] 加工发动机气缸罩盖并不难,来个尼龙的怎么样?

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发表于 2019-2-18 09:57:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 jiajoin 于 2019-2-18 09:59 编辑

气缸盖罩盖最基本的功能是与缸盖一起形成一个近似密闭空腔,遮盖并密封气缸盖,同时还兼顾将机油与空气隔离、曲轴箱通风、充当机油加注口、作为传感器安装支座等功能。
长期以来气缸盖罩的制造材料一直都是金属,近年来在轻量化应用的驱使下铝合金气门罩的制造技术进步很大,与此同时尼龙等新材料也有所应用,下面将分别介绍铝合金和尼龙PA66材料的气缸盖罩盖设计与工艺。
一、铝合金气缸盖罩的CNC制造加工
传统压铸类气缸盖罩盖的制作周期长,生产成本昂贵,当零件结构更改时需重新生产毛坯,不能满足整车周期的需求,因此尝试采用灵活性较高的CNC数控加工技术来解决。
▲气缸盖罩盖的结构示意图
1.零件特性
该零件采用6061铝合金材料进行加工,此材料是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品,具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。气缸盖罩盖的结构具有以下特点:壳体类薄壁件,平面度要求为0.5,高压油泵挺柱孔直径为φ26(0,+0.021),高压油泵安装孔及挺柱孔同轴度要求为0.1。
2. 加工方式:3+2轴
使用三轴机床加工零件时,对于零件的正面结构特征,一般不存在刀具加工不到的情况,但对于高压油泵安装孔及挺柱孔,由于三轴机床的刀轴处于铅直状态,不能倾斜,刀具不能切入,因此高压油泵安装孔及挺柱孔无法机加工成型。此时,使用五轴机床配合3+2轴加工方式,将刀轴根据座高压油泵安装孔的结构特征倾斜,将这两个结构特征转变为正面结构特征。依然使用三轴加工策略来计算刀具路径,这样可以解决高压油泵安装孔及挺柱孔的机加工成形问题。
3.加工过程
由于零件结构较复杂,加工时采用粗加工-半精加工-精加工-多次清根-钻孔等工艺过程进行程序编制,加工顺序按照上表面-内腔面-高压油泵安装孔精加工三个步骤进行。
首先要设定一个合格的毛坯,该毛坯需将气缸盖罩盖的外形都包含在内,并预留夹持尺寸,通过边界计算,毛坯的尺寸设为520mm×300mm×100mm以满足要求。毛坯建立后,在毛坯中间设立坐标系,后续加工以该坐标系为准,因此选择毛坯中间进行坐标系建立,这样加工时,操作者容易定位找正。
以上面建立的坐标系为基准,创建相应的刀具对该毛坯进行机加工,随后进行CNC数控加工的最核心的内容加工策略的编制。首先进行上表面的加工,工作完成后在程序轮廓外钻铰φ8定位找正孔,并在毛坯四边精加工一边作为找正线,翻面后将坐标系绕Y轴翻转180°,以找正线及φ8定位找正孔找正零件毛坯,加工内腔面,加工完成后精加工高压油泵安装孔。
二、PA66气缸盖罩设计与制造工艺
虽然气缸盖罩历来都是由金属所主导的应用, 但尼龙PA66是一种具备许多优点的可行替代材料。设计制造PA66材质气缸盖罩时应从制造工艺、材料特性以及行业趋势等因素进行综合考虑。
1.材料相关的考虑因素
所选材料的特性是首要设计考虑因素。PA66是一种热塑性塑料, 因此其特性会随着环境变化,使用增强材料可以减弱环境变化的影响。PA66较之于它所取代的金属具有更低的硬度和密度,因而会削弱降噪功能,解决的方法是将气缸盖罩隔离。通过使用带肩螺栓和橡胶垫圈隔离摇臂罩,可以显著减少噪声传递。
▲隔离系统
2.气缸盖设计
在冲压钢摇臂罩时代,由于钢的高模量,通常使用4到10个螺栓压紧密封面。PA66也具有高模量,但它不能与钢相提并论。有限元分析将有助于确定需要多少个螺栓才能获得均匀的压紧力。图4中所示的气缸盖罩采用14个螺栓来实现适当的密封。另一个与螺栓布置相关的关键问题是需要圆角螺栓,可提供均匀的压紧力并消除泄漏通道。
3.制造工艺
成型技术注塑成型是应用最广泛的气缸盖罩制造方法,材料出模后直接就是成品,但需要保证设备得到充分且均匀的冷却,从而确保零件的成型应力最低。
另一种方法即模压成型通常很容易被忽视,但是对于盒状气缸盖罩,模压成型非常适合。虽然成型后精加工有时会使成本高于注塑成型零件,但是如果只需少许成型后精加工,此方法实际上可以降低零件总体成本。
传递成型是模压成型的变异, 它也非常适合气缸盖罩应用。此方法适用类似于注塑成型的封闭式模具,但具有压模成型的较快成型周期。
4.单独成型的零件
气缸盖罩有时具有内部挡板,用于机油加注或曲轴箱通风。由于存在模锁,这些部件通常不可能在内部成型。因此它们需要单独成型并且通过以下三种方法之一连接到气缸盖罩。
最简单的方法是扣合件。扣合件成本低且使用迅捷,但主要问题是失效后会导致功能不正常或发动机损坏。扣合件的一个替代方法是机械紧固件,由于较为复杂而不常用。另外,机械紧固件还在气缸盖罩内占据相当一部分空间。
最常用的方法是焊接。零件结构将决定要使用的焊接方法:旋转焊接、振动焊接或感应焊接。焊接不但为零件提供了良好的密封性, 而且显著降低了复杂程度。由于实质上是一件零件, 因此不存在与扣合部件相关的失效问题。焊接的一个缺点是必要设备和夹具的成本。
另一种可考虑的连接形式是粘接。新型环氧基粘合剂具备焊接的优点且没有附加成本。此方法存在一个时间问题, 因为多数环氧基粘合剂需要一小时或更长时间固化。粘结连接法通常与扣合方法结合使用,形成一种夹固方法并提供额外的失效保护。
5.材料特性
有效的气缸盖罩设计需要各种材料特性共同作用。其中第一种特性是材料硬度。材料的硬度将压紧力从紧固件传递到密封件。PA66在各种温度下具有卓越的硬度, 使压紧力得以传递。
要实现良好的压紧力传递,另一个要考虑的问题是翘曲。如果零件由于翘曲而变形, 它将无法均匀地传递压紧力。通常可以采用适当的模具设计和浇口来解决该问题。对于某些长气缸盖罩,则需要使用低翘曲材料。
零件不仅必须提供足够的压紧力,还必须长期保持压紧力。导致压紧力下降的常见原因是蠕变(图7)。如上所述,气缸盖罩中的大部分蠕变可以在设计阶段处理,所选材料在这方面可以产生显著影响。
6.零件集成与径向密封
在汽车行业中, 近来出现的一个明显趋势是零件集成,气缸盖罩也不例外。通常这种集成包括气缸盖罩和空气滤清器壳体或进气歧管的集成。在一些情况下,空气滤清器壳体也适合集成到气缸盖罩内。由于考虑到更大的组装灵活性和更加简便的加工,空气滤清器可以成为更好的集成选择。图8显示了这种集成以及进气歧管与气缸盖罩的集成。
另一个新兴趋势是径向密封概念,它最大限度地减少了气缸盖加工过程,还增强了密封系统的性能,图9说明了这种密封的多个密封元件与仅有一个密封元件的传统气缸盖罩的不同之处。
虽然气缸盖罩历来都是由金属所主宰的应用,但PA66是一种具备许多优点的可行替代材料。在考虑制造工艺、材料特性以及行业趋势等相关因素后,设计性能、成本节约以及重量减轻等目标均可实现。而金属材质气缸盖罩(如铝合金)的制造也具有着现阶段不可替代的地位,CNC加工能够改进很多传统压铸方法的不足之处。
(来源夹具侠)

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发表于 2019-2-22 06:38:26 | 显示全部楼层
谢谢分享~~~~
发表于 2019-3-3 10:59:04 | 显示全部楼层
感谢楼主分享
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