CN103659155A - 一种发动机缸体螺栓孔加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机缸体螺栓孔加工方法，首先在缸体毛坯上设置预留螺栓底孔，以便减少加工余量，其次在预留螺栓底孔的开口端用具有平面端刃的直刃扩孔钻头加工一个导向孔，同时在加工螺栓底孔的刀具上设置相应的导向刀杆，使得后续对预留螺栓底孔的扩孔、铰孔等工序能得到良好的导向。本发明可减少加工余量，提高生产效率，同时可有效地解决加工过程中的断刀问题，避免螺栓孔的轴线产生偏斜。

Description

一种发动机缸体螺栓孔加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体是涉及一种汽车发动机的铝合金缸体上用于和缸盖连接的螺栓孔的加工方法。

 

背景技术

汽车发动机的铝合金缸体上需要加工与缸盖连接的螺栓孔，为了确保螺栓孔的连接强度，通常都是用挤压丝锥做成挤压螺纹。例如，一种在中国专利文献上公开的“斯太尔柴油机连杆体螺纹孔的加工方法及其专用挤压丝锥”，其公开号为CN1883875A，在经过钻孔、粗扩、沉孔加工、精扩、挤丝步骤后，即可完成连杆体螺纹孔的加工。挤丝后的螺纹完全满足技术要求，并且挤压丝锥的工作寿命较长，可完全适用于自动化设备进行自动化加工，通过挤丝，螺纹表面粗糙度较低，尺寸的稳定性较好，提高了螺纹的抗拉强度。但是此类加工方法存在如下问题，加工余量以及加工步骤多，生产效率低。在现有技术中，为了减少加工余量，提高生产效率，更多的时候人们通常会在缸体压铸成型时预留带有拔模斜度的螺栓底孔，然后在机加工螺栓孔时，先用麻花钻对预留的螺栓底孔进行扩孔，再用铰刀精铰扩孔后的螺栓底孔，以便使螺栓底孔达到规定的尺寸精度要求，然后用挤压丝锥在螺栓底孔上挤压出螺纹，从而完成整个螺栓孔的加工，并且压铸模具上用于成型螺栓底孔的芯棒处有利于缸体毛坯在高压压铸过程中排除多余的空气，减少工件中的气孔数量以提高压铸的质量。上述通过预留螺栓底孔来加工螺栓孔的方法虽然有利于减少加工余量，但是却存在如下问题：由于螺栓孔的深度较深，因而缸体毛坯的压铸模具上相应的用于成型预留螺栓底孔的芯棒具有较大的长径比，这样，在高温高压成型过程中芯棒容易发生弯曲变形，从而使缸体毛坯上的预留螺栓底孔产生歪斜，这样，在用麻花钻进行扩孔时，麻花钻锥形的头部会随着歪斜的预留螺栓底孔发生歪斜，一方面容易导致麻花钻以及后续加工的铰刀和挤压丝锥的断裂，另一方面，会导致加工好的螺栓孔轴线偏斜，使得后续在安装螺栓时发生困难。而如果要确保预留螺栓底孔不发生歪斜，就必须经常更换成型的芯棒，并相应地改变压铸成型工艺，延长成型时的冷却时间，从而降低压铸成型的生产效率。或者，为了避免钻头因歪斜而发生断裂，人们会在钻孔时使用

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的发动机缸体的螺栓孔加工方法所存在的加工余量多、以及容易断刀、螺栓孔的轴线容易偏斜的问题，提供一种发动机缸体螺栓孔加工方法，一方面可减少加工余量，同时可有效地解决加工过程中的断刀问题，避免螺栓孔的轴线产生偏斜。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种发动机缸体螺栓孔加工方法，包括如下步骤：

a. 成型预留螺栓底孔，在缸体压铸成型模具上对应螺栓孔的位置设置芯棒，这样，在压铸成型后，缸体毛坯上即形成预留螺栓底孔，该预留螺栓底孔的深度大于所需加工的螺栓孔的深度的二倍；

b. 形成导向孔，用具有平面端刃的直刃钻头在预留螺栓底孔开口的上段加工出导向孔，导向孔的直径大于缸体所需加工的螺栓孔的螺纹大径，导向孔的深度大于所需加工的螺栓孔的深度；

c. 扩孔，用具有平面端刃的直刃扩孔钻头对预留螺栓底孔剩余的下段进行扩孔切削，所述直刃扩孔钻头在尾端的夹持钻柄和前端的钻削部之间设有和导向孔适配的导向刀杆，当钻削部开始钻削时，导向刀杆进入导向孔内，使直刃扩孔钻头得以定位；

d. 铰孔，用铰刀对扩孔后的预留螺栓底孔剩余的下段进行铰孔处理，使其形成螺栓底孔；

e. 挤丝，用挤压丝锥在螺栓底孔上挤压成型内螺纹，从而完成螺栓孔的加工。

本发明由于在缸体毛坯上形成预留螺栓底孔，因而可显著地减少切削加工时的加工余量，同时有利于缸体在压铸成型时的排气。此外，和现有技术不同的是，本发明在加工螺栓底孔之前先在预留螺栓底孔开口的上段加工出一个导向孔，这样，在加工螺栓底孔时，具有导向刀杆的直刃扩孔钻头即可在导向孔内得到有效的定位，再结合具有平面端刃的直刃扩孔钻头，从而可避免对预留螺栓底孔进行扩孔时钻头因歪斜而发生断裂，进而提高工作效率。在现有技术中，为了避免钻头因歪斜而发生断裂，并导致孔轴线的倾斜，有时会用到钻模，虽然钻模在一定程度上能起到防止钻头歪斜的作用，但钻模不但结构复杂，而且在工件和钻模之间需要有相应的定位装置，从而造成安装和使用的不便。本发明直接在工件的预留螺栓底孔上加工出导向孔，使钻头得以可靠地导向定位，极大地简化了结构，并方便安装使用。由于本发明的切削加工过程是由加工中心完成的，因而可通过加工中心的自动换刀实现整个加工过程的自动化，有利于确保生产效率。特别是，导向孔还可作为与缸盖组装时的定位孔，只要在安装螺栓上靠近螺栓头部处设置同轴的定位销，即可在用螺栓连接缸盖和缸体时同时实现两者之间的定位。

作为优选，在步骤d中，所述铰刀在尾端的夹持刀柄和前端的切削部之间设有和导向孔适配的导向刀杆，当切削部开始切削时，导向刀杆进入导向孔内，使铰刀得以定位。

由于铰刀在切削时同样被导向孔顶为导向，因此，铰孔步骤可对前道的扩孔步骤中可能产生的轴线微量偏斜进行再一次的修正，从而确保最终的螺栓底孔的轴线不发生偏斜。

一种发动机缸体螺栓孔加工方法，包括如下步骤：

a. 成型预留螺栓底孔，在缸体压铸成型模具上对应螺栓孔的位置设置阶梯状芯棒，这样，在压铸成型后，缸体毛坯上即形成一个外大内小的阶梯孔，阶梯孔开口端的大孔为预留定位孔，阶梯孔内部的小孔为预留螺栓底孔，预留定位孔的深度大于预留螺栓底孔的深度；

b. 形成导向孔，用具有平面端刃的直刃扩孔钻头对预留定位孔进行扩孔切削，从而形成定位孔，然后将一个与定位孔适配的导向套放入定位孔内，该导向套的内孔即形成导向孔，导向孔的直径大于缸体所需加工的螺栓孔的螺纹大径；

c. 扩孔，用具有平面端刃的扩孔钻头对预留螺栓底孔进行扩孔切削，所述扩孔钻头在尾端的夹持钻柄和前端的钻削部之间设有和导向孔适配的导向刀杆，当钻削部开始钻削时，导向刀杆进入导向孔内，使扩孔钻头得以定位；

d. 铰孔，用铰刀对扩孔后的预留螺栓底孔进行铰孔处理，使其形成螺栓底孔；

e. 挤丝，用挤压丝锥在螺栓底孔上挤压成型内螺纹，从而完成螺栓孔的加工。

本方案中，导向孔由放入定位孔中的导向套形成，由于导向套可采用与缸体不同的硬质材料，因而可有效地避免后续扩孔和铰孔时导向孔的损坏。特别是，由于在压铸成型时采用的是阶梯状芯棒，因而有利于增大阶梯孔开口端的预留定位孔的直径，并相应地减小其长径比，使其在压铸成型时不易歪斜，因而在定位孔的扩孔切削时不易产生偏斜，有利于保证导向套在放入定位孔后所形成的导向孔不产生偏斜。

作为优选，在步骤b中，导向套先套在一个具有夹持刀柄的磁性安装杆上，然后将安装杆安装到加工中心的主轴上，主轴下行，导向套嵌入定位孔中并形成紧配合，接着主轴带动磁性安装杆上行，导向套留在定位孔内，从而完成导向套的安放。

导向套可由人工先行套设在磁性安装杆上，而磁性安装杆可吸附导向套，这样，在切削加工时加工中心即可通过自动换刀的方式将磁性安装杆安装到加工中心的主轴上，而主轴则可根据设定的行程下行，将导向套压入定位孔内，并形成紧配合；当主轴上升时，依靠导向套与定位孔之间因紧配合所产生的摩擦力即可克服磁性安装杆的吸附力，从而使导向套定位在定位孔内，以实现导向套的自动安装，进而确保整个螺栓孔的切削加工过程的连续性。

作为优选，所述磁性安装杆上可转动地套设有磁铁环套，磁铁环套吸附导向套的端面沿圆周方向等间距设有若干三角形凸齿，磁铁环套侧面上设有螺旋槽，导向套的一个端面设有与三角形凸齿一一对应的吸附槽，吸附槽具有吸附斜面、以及由吸附斜面的底边沿圆周方向延伸的滑动底面，磁性安装杆上设有位于螺旋槽内的导向凸起，当导向套套设到磁性安装杆上时，三角形凸齿的一个侧面刚好与吸附槽的吸附斜面贴合，从而可将导向套吸附定位在磁性安装杆上。

设置独立的磁铁环套有利于对导向套的吸附定位，当导向套套设并吸附在磁性安装杆上时，磁铁环套的三角形凸齿上的一个侧面与导向套的矩形槽内的吸附斜面相吸合，从而将导向套定位在磁性安装杆上；当主轴下行将导向套压入到定位孔内时，磁铁环套侧面上的螺旋槽受到导向凸起的作用，推动磁铁环套绕着磁性安装杆转动，此时三角形凸齿的侧面与导向套的吸附斜面相分离，只有三角形凸齿的尖顶与矩形槽的底面之间形成线接触，从而大大地降低导向套和磁铁环套之间的吸附力，确保主轴上升时，导向套不会被磁性安装杆带出定位孔。

因此，本发明具有如下有益效果：可减少加工余量，提高生产效率，同时可有效地解决加工过程中的断刀问题，避免螺栓孔的轴线产生偏斜。

 

附图说明

图1是实施例1中扩孔加工时的结构示意图。

图2是实施例2的缸体毛坯上的预留螺栓底孔的一种结构示意图。

图3是实施例2的定位孔中放入导向套后的一种结构示意图。

图4是实施例2的磁性安装杆套设导向套后的一种结构示意图。

图中：1、预留螺栓底孔  2、导向孔  3、直刃扩孔钻头  31、夹持钻柄  32、钻削部  33、导向刀杆  4、预留定位孔  5、导向套  51、拔出孔  6、磁性安装杆  61、导向凸起  7、磁铁环套  71、三角形凸齿  72、螺旋槽  8、吸附槽  81、吸附斜面  82、滑动底面  9、缸体毛坯

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1，一种发动机缸体螺栓孔加工方法，具体包括如下步骤：

a. 成型预留螺栓底孔，在缸体压铸成型模具上对应螺栓孔的位置设置芯棒，这样，在压铸成型后，缸体毛坯1上即形成如图1所示的预留螺栓底孔1，该预留螺栓底孔的深度大于所需加工的螺栓孔的深度的二倍。本实施例中，螺栓孔为M10x1.5，螺栓孔的深度为32mm，预留螺栓孔的深度为96mm；

b. 形成导向孔，用具有平面端刃的直刃钻头在预留螺栓底孔开口的上段加工出导向孔，如图1所示，导向孔2的直径大于缸体所需加工的螺栓孔的螺纹大径，导向孔的深度大于所需加工的螺栓孔的深度。本实施例中，导向孔的深度为58mm，这样，原有的预留螺栓底孔即成为一个台阶孔；

c. 扩孔，如图1所示，用具有平面端刃的直刃扩孔钻头3对预留螺栓底孔剩余的下段进行扩孔切削，其中直刃扩孔钻头在尾端的夹持钻柄31和前端的钻削部32之间设有和导向孔适配的导向刀杆33，当钻削部开始钻削时，导向刀杆进入导向孔内，使直刃扩孔钻头得以定位。本实施例中，导向刀杆与导向孔之间为间隙配合，预留螺栓底孔剩余的下段经扩孔后的直径为8.75±0.1mm，深度为38mm，相应地，钻削部的长度则可在38mm-40mm之间，也就是说，当钻削部开始钻削时，导向刀杆至少已经进入到导向孔内18mm；

d. 铰孔，用铰刀对扩孔后的预留螺栓底孔剩余的下段进行铰孔处理，使其形成螺栓底孔，此时的螺栓底孔直径为9.28mm±0.1，深度为36mm。当然，与扩孔相类似地，我们也可在铰刀尾端的夹持刀柄和前端的切削部之间设置和导向孔适配的导向刀杆，切削部的长度则可在36mm-38mm之间，这样，当切削部开始切削时，导向刀杆已进入导向孔内至少20mm，使铰刀得以定位；

e. 挤丝，用挤压丝锥在螺栓底孔上挤压成型内螺纹，从而完成螺栓孔的加工。

本实施例中步骤b至步骤e可在具有自动换刀功能的加工中心上完成，这样，压铸成型的缸体毛坯只需在加工中心的工作台面上一次定位夹紧，即可连续自动完成步骤b至步骤e的全部加工程序，并且可保证各步骤所用的刀具具有良好的同轴度。在加工螺栓底孔时，具有导向刀杆的直刃扩孔钻头可在导向孔内得到有效的定位，再结合具有平面端刃的直刃扩孔钻头，可有效地避免钻头因歪斜而发生断裂，进而提高工作效率。

实施例2，一种发动机缸体螺栓孔加工方法，具体包括如下步骤：

a. 成型预留螺栓底孔，在缸体压铸成型模具上对应螺栓孔的位置设置阶梯状芯棒，这样，在压铸成型后，缸体毛坯1上即形成一个如图2所示外大内小的阶梯孔，阶梯孔开口端的大孔为预留定位孔4，阶梯孔内部的小孔为预留螺栓底孔1，预留定位孔的深度大于预留螺栓底孔的深度。本实施例中，螺栓孔为M10x1.5，螺栓孔的深度为32mm，相应地，预留定位孔的直径为15mm，深度为57mm，预留螺栓底孔的深度为38mm；

b. 形成导向孔，用具有平面端刃的直刃扩孔钻头对预留定位孔进行扩孔切削，从而形成定位孔，然后如图3所示，将一个与定位孔适配的导向套5放入定位孔内，该导向套的内孔即形成导向孔2，导向孔的直径大于缸体所需加工的螺栓孔的螺纹大径。本实施例中，定位孔的直径为16mm，深度为58mm；

c. 扩孔，用具有平面端刃的扩孔钻头对预留螺栓底孔进行扩孔切削，所述扩孔钻头在尾端的夹持钻柄和前端的钻削部之间设有和导向孔适配的导向刀杆，当钻削部开始钻削时，导向刀杆进入导向孔内，使扩孔钻头得以定位。本实施例中，导向刀杆与导向孔之间为间隙配合，预留螺栓底孔经扩孔后的直径为8.75±0.1mm，深度为38mm，相应地，钻削部的长度则可在38mm-40mm之间，也就是说，当钻削部开始钻削时，导向刀杆至少已经进入到导向孔内18mm；

d. 铰孔，用铰刀对扩孔后的预留螺栓底孔进行铰孔处理，使其形成螺栓底孔，此时的螺栓底孔直径为9.28mm±0.1，深度为36mm。当然，与扩孔相类似地，我们也可在铰刀尾端的夹持刀柄和前端的切削部之间设置和导向孔适配的导向刀杆，切削部的长度则可在36mm-38mm之间，这样，当切削部开始切削时，导向刀杆已进入导向孔内至少20mm，使铰刀得以定位；

e. 挤丝，用挤压丝锥在螺栓底孔上挤压成型内螺纹，从而完成螺栓孔的加工。

本实施例中步骤b至步骤e同样可在具有自动换刀功能的加工中心上完成，需要说明的是，步骤b中的导向套可由操作人员直接手动放入定位孔内，此时的导向套与定位孔之间可采用间隙配合，这样，当完成螺栓孔的加工后，我们可将导向套从定位孔中取出，以便导向套在加工下一个缸体毛坯时可重复使用。当然，我们也可将导向套先套在一个具有夹持刀柄的磁性安装杆上，然后将安装杆安装到加工中心的主轴上，主轴下行，导向套嵌入定位孔中并形成紧配合，接着主轴带动磁性安装杆上行，导向套留在定位孔内，从而完成导向套的安放。该磁性安装杆的结构类似加工用的刀具，而导向套与磁性安装杆之间则采用间隙配合，这样，操作人员可方便地手动将导向套套在磁性安装杆上，然后利用加工中心的自动换刀功能使磁性安装杆自动安装到加工中心的主轴上。另外导向套可采用热处理工艺，使之具有极高的硬度，从而避免后续扩孔和铰孔时导向孔的损坏。为了使导向套能重复使用，如图3所示，我们可使导向套5的长度高于定位孔的深度，这样，当导向套被压入到定位孔内时，导向套的上端高出定位孔，与此同时，我们可在导向套的上端侧壁设置二个外露于定位孔的拔出孔51，当完成螺栓孔的加工后，可利用拔出孔将导向套撬离定位孔。此外，为了方便磁性安装杆的制造，如图4所示，我们可在磁性安装杆6上可转动地套设一个磁铁环套7，并在磁铁环套吸附导向套的端面沿圆周方向等间距设置若干三角形凸齿71，三角形凸齿的优选值为4个，相应地，我们需要在导向套5的一个端面设置与三角形凸齿一一对应的吸附槽8，该吸附槽呈倒梯形状，其具有一个吸附斜面81、以及由吸附斜面的底边沿圆周方向延伸的滑动底面82。此外，磁铁环套侧面上设有两端封闭的螺旋槽72，磁性安装杆上设有卡位于螺旋槽内的导向凸起61，优选地，螺旋槽和导向凸起的数量为2条，并且沿磁性安装杆的圆周方向等分布置。当导向套套设到磁性安装杆上时，三角形凸齿的一个侧面刚好与吸附槽的吸附斜面贴合，从而可将导向套吸附定位在磁性安装杆上，而三角形凸齿的另一侧面与吸附槽之间则留有空隙，同样地，磁铁环套的端面与导向套的端面之间也具有间隙；当主轴下行将导向套压入到定位孔内时，磁铁环套侧面上的螺旋槽受到导向凸起的作用绕着磁性安装杆转动，此时三角形凸齿的侧面与导向套的吸附斜面相分离，而三角形凸齿的尖顶与矩形槽的底面之间形成线接触，从而大大地降低导向套和磁铁环套之间的吸附力，确保主轴上升时，导向套不会被磁性安装杆带出定位孔。

Claims (5)

1.一种发动机缸体螺栓孔加工方法，其特征是，包括如下步骤：

a. 成型预留螺栓底孔

在缸体压铸成型模具上对应螺栓孔的位置设置芯棒，这样，在压铸成型后，缸体毛坯上即形成预留螺栓底孔，该预留螺栓底孔的深度大于所需加工的螺栓孔的深度的二倍；

b. 形成导向孔

用具有平面端刃的直刃钻头在预留螺栓底孔开口的上段加工出导向孔，导向孔的直径大于缸体所需加工的螺栓孔的螺纹大径，导向孔的深度大于所需加工的螺栓孔的深度；

c. 扩孔

用具有平面端刃的直刃扩孔钻头对预留螺栓底孔剩余的下段进行扩孔切削，所述直刃扩孔钻头在尾端的夹持钻柄和前端的钻削部之间设有和导向孔适配的导向刀杆，当钻削部开始钻削时，导向刀杆进入导向孔内，使直刃扩孔钻头得以定位；

d. 铰孔

用铰刀对扩孔后的预留螺栓底孔剩余的下段进行铰孔处理，使其形成螺栓底孔；

e. 挤丝

用挤压丝锥在螺栓底孔上挤压成型内螺纹，从而完成螺栓孔的加工。

2.根据权利要求1所述的一种发动机缸体螺栓孔加工方法，其特征是，在步骤d中，所述铰刀在尾端的夹持刀柄和前端的切削部之间设有和导向孔适配的导向刀杆，当切削部开始切削时，导向刀杆进入导向孔内，使铰刀得以定位。

3.一种发动机缸体螺栓孔加工方法，其特征是，包括如下步骤：

a. 成型预留螺栓底孔

在缸体压铸成型模具上对应螺栓孔的位置设置阶梯状芯棒，这样，在压铸成型后，缸体毛坯上即形成一个外大内小的阶梯孔，阶梯孔开口端的大孔为预留定位孔，阶梯孔内部的小孔为预留螺栓底孔，预留定位孔的深度大于预留螺栓底孔的深度；

b. 形成导向孔

用具有平面端刃的直刃扩孔钻头对预留定位孔进行扩孔切削，从而形成定位孔，然后将一个与定位孔适配的导向套放入定位孔内，该导向套的内孔即形成导向孔，导向孔的直径大于缸体所需加工的螺栓孔的螺纹大径；

c. 扩孔

用具有平面端刃的扩孔钻头对预留螺栓底孔进行扩孔切削，所述扩孔钻头在尾端的夹持钻柄和前端的钻削部之间设有和导向孔适配的导向刀杆，当钻削部开始钻削时，导向刀杆进入导向孔内，使扩孔钻头得以定位；

d. 铰孔

用铰刀对扩孔后的预留螺栓底孔进行铰孔处理，使其形成螺栓底孔；

e. 挤丝

用挤压丝锥在螺栓底孔上挤压成型内螺纹，从而完成螺栓孔的加工。

4.根据权利要求3所述的一种发动机缸体螺栓孔加工方法，其特征是，在步骤b中，导向套先套在一个具有夹持刀柄的磁性安装杆上，然后将安装杆安装到加工中心的主轴上，主轴下行，导向套嵌入定位孔中并形成紧配合，接着主轴带动磁性安装杆上行，导向套留在定位孔内，从而完成导向套的安放。

5.根据权利要求4所述的一种发动机缸体螺栓孔加工方法，其特征是，所述磁性安装杆上可转动地套设有磁铁环套，磁铁环套吸附导向套的端面沿圆周方向等间距设有若干三角形凸齿，磁铁环套侧面上设有螺旋槽，导向套的一个端面设有与三角形凸齿一一对应的吸附槽，吸附槽具有吸附斜面、以及由吸附斜面的底边沿圆周方向延伸的滑动底面，磁性安装杆上设有位于螺旋槽内的导向凸起，当导向套套设到磁性安装杆上时，三角形凸齿的一个侧面刚好与吸附槽的吸附斜面贴合，从而可将导向套吸附定位在磁性安装杆上。

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