摘要：通过对某船用柴油机活塞环槽的结构特点及加工难点的分析，介绍了该活塞环槽加工的装夹方法，并通过工艺试验制定了经济、可行、稳定的活塞环槽加工工艺，较好地解决了活塞加工中环槽不合格率较高的问题。

      关键字：活塞环槽装夹方法加工工艺

        引言

     活塞是发动机的“心脏”，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。活塞的功用是承受气体压力并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，由于活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作 ，活塞的加工质量直接影响着发动机工作的稳定和寿命。活塞环槽用于安装活塞环，在发动机工作时决定着活塞环密封和调节机油的作用，其加工质量的好坏决定着整个活塞的品质。

      1 、柴油机活塞环槽的特点以及工艺难点分析

      某船用柴油机活塞的零件结构简图如图1 所示，活塞材质为硅铝合金（ZL108），该型活塞上需加工6 个环槽（如图1 中B1-B6 位置），环槽的公差范围0～+0.02mm，环槽的表面粗糙度Ra1.25，环槽的垂直度0.03，圆跳度0.03，精度要求高。

      按照先前的加工工艺进行生产，环槽加工的不合格率较高，占活塞不合格率的60％左右。不合格的环槽主要是尺寸精度和表面粗糙度不达标。为确保环槽加工的尺寸精度以及表面粗糙度，需要采用散热性好，刃部锋利、刀面光滑的刀具进行加工，同时改进加工方法，调整环槽加工的加工余量和走刀次数，确定加工时的主轴转速、进给量、背吃刀量。因此，有必要通过一定的工艺摸索和试验，并对各项因素进行分析比较，制定出一种满足质量要求，经济合理的活塞环槽加工方法。

       2 、装夹方式的实现

     由于活塞尺寸规格大、质量大，表面尺寸精度和粗糙度要求高，因此在环槽加工时，设计了专用的装夹工具（见图2）。装夹时，用止口盘与活塞端面定位，一个专用拉杆和受力筒通过活塞的销孔和车床的主轴将活塞拉紧，另一端通过顶针固定。

     装夹时，先将止口盘用三爪卡盘夹紧，止口盘的台阶面在装夹后经过二次加工，以保证与车床主轴的同轴度，然后将活塞装在止口盘上，活塞内孔与止口盘的台阶面的配合间隙保证在0.05 mm 以内，同时用拉杆借助受力筒将活塞拉紧，利用受力筒与活塞的销孔受力来保证活塞安装的夹紧力。同时，利用顶针顶住顶针孔，将活塞的另一端固定。这样活塞加工过程中既能保证与车床主轴的同轴度，又能保证得到较大的夹紧力，防止活塞自身的质量不平衡和切削力产生的振动。在后续加工中证实，该装夹方法很好地控制了活塞环槽加工时产生的跳动误差。

       3 、柴油机活塞环槽加工工艺的研究以及实施方案

       3.1 刀具的选择

     在加工过程中，采用普通合金刀片，刀具磨损严重，容易产生积屑瘤（见图3）。分析原因，由于活塞材质为硅铝合金，而硅铝合金的硬度和耐磨性比其他铝合金高，切削时刀具交替地切削软的铝基和硬的硅颗粒，使用普通刀具时很容易磨损并产生积屑瘤，使工件加工精度和表面粗糙度恶化 。

      金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低膨胀系数，以及与非铁金属亲和力小等优点，非常适用于活塞硅铝合金的加工 ]。结合刀具的使用经验，在加工时采用焊接式切刀，刀头材料为人造聚晶金刚石复合片，刀体材料YG8。

      3.2 加工方法的制定

     合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本 。加工工艺过程如表1 所示。

      半精加工和精加工采用一次装夹完成，只是使用的刀具不同，其中，将精加工后磨损的刀具降级为半精加工时使用。通过换刀架自动换刀，既保证加工的质量，又最大限度的提高了刀具的使用率。

      3.3 精加工工艺参数的试验及确认

    3.3.1 试验方法

    试验的目的是通过正交实验法，找出最佳加工参数组合，达到以较低成本，同时满足降低表面粗糙度和提高加工精度的要求。由于活塞质量和尺寸规格比较大，出于安全考虑，主轴转速≤ 600 r/min。通过以往的试验资料和经验，确定试验时的主轴转速S 分别为300、400、500 r/min；进给量f 分别为0.08，0.12，0.18 mm/r；背吃刀量ap 分别为0.2、0.1、0.05 mm。

      3.3.2 试验结果与分析

     通过对活塞环槽加工的工艺试验，得到主轴转速、进给量、背吃刀量三者之间与公差值与表面粗糙度的数据对比，表2 为实验的L9（34）正交表。通过对表2 中试验数据的分析，得出以下结论：

    1）影响环槽精度和表面粗糙度的因素重要程度的次序均为主轴转速＞进给量＞背吃刀量；
    2）正交实验结果分析表明：表2 中第五组加工工艺参数较为理想，但通过试验数据位级之和分析，在背吃刀量ap 为0.1 mm 时，能得到较好的效果；是一个弧形，弹丸与空泡发生撞击的分界点处对应的空泡直径实际上是变小的，故实际的浸入长度比未改进前要大，所以弹丸发生撞击时将受到更大的撞击力（即尾拍力），弹丸速度衰减的更快，故空化器阻力也变小。

      4 、结束语

     通过将平直的空泡壁变换成椭圆形，弹丸的浸湿长度变大了，使受到的尾拍力变大，弹丸速度衰减的更快，所以弹丸空化器上的阻力也减小了，仿真的结果更加符合实际情况，更加真实的反映弹丸在水中的运动情况。