汽车发动机机油泵壳体加工工艺优化

摘要：以TU5JP4汽车发动机机油泵为研究对象，其主要使用在神龙汽车有限公司系列乘用车发动机中。在该款机油泵加工制造过程中，壳体是其主要加工部件，所占生产时间最长，是影响机油泵的整体生产效率的主要要素。对现有机油泵壳体加工工序做了分析并进行了时间测量，每件产品加工时间为597 s；采用更改刀具和工艺参数以及更改毛坯设计的方法改进后，每件产品加工时间缩短为463 s，该改进为有类似结构的机油泵壳体加工提供了参考。

关键词：汽车发动机；机油泵壳体；切削加工

中图分类号：TH162 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2013）04-0055-04

机油泵直接影响着发动机的整机性能，尤其是发动机的使用寿命和节能效果[1，2]。本文论述的机油泵（1011TU5）是一种齿轮式机油泵，具有效率高、功率损失小及工作可靠等特点，主要使用在神龙汽车有限公司系列乘用车发动机中。由于该款机油泵对神龙汽车有限公司供货量很大，月产量达20 000件以上，所以提高单件的生产效率有很大的意义。而机油泵壳体加工是影响机油泵制造生产效率的重要因素，通过机油泵壳体加工工艺的优化，缩短其加工时间，可以提高机油泵的生产效率。

1 TU5JP4机油泵结构与工作原理

TU5JP4机油泵是一种采用外啮合方式的齿轮式机油泵，主要由壳体、主动轴、主动齿轮、从动轴、从动齿轮、泵盖、机油集滤器、传动链轮等组成，见图1。机油泵工作时，由发动机传来的动力通过链轮传递给机油泵壳体内的主动齿轮带动其旋转，进而带动从动齿轮作反方向的旋转，将机油从进油腔沿齿隙与机油泵壳壁送至出油腔。这样，进油腔处便形成低压而产生吸力，把油底壳内的机油吸进油腔。由于主、从动齿轮不断地旋转，机油便不断地被压送到需要润滑的部位。

2 TU5JP4机油泵壳体结构与工艺分析

2.1 机油泵壳体结构分析

TU5JP4机油泵壳体材料为铝合金AS9U3，拉伸强度为240～310 MPa，硬度为80～110 HBS，是机油泵主从动齿轮安装的载体，其毛坯通过压铸而成，主要加工部位为主从动轴孔、主从动齿轮室、泵盖安装平面、安装螺纹孔等，其结构如图2所示。

2.2 机油泵壳体加工工艺分析

机油泵壳体主要部位加工采用数控加工中心进行加工，其主要加工工序为铣安装平面、扩M6螺纹底孔、攻M6螺纹、扩主从动轴孔、扩齿轮室孔、镗主从动轴孔及齿轮室孔、扩限压阀孔、精镗限压阀孔等。经过测量，铣安装平面、扩M6螺纹底孔、攻M6螺纹、扩主从动轴孔、镗主从动轴孔及齿轮室孔加工工序占整个壳体加工时间为74%，见图3，这些工序也是影响壳体加工时间的主要工序，壳体的单件加工总时间为597s，减少以上工序加工时间就可以减少壳体总的加工时间。

由于壳体加工采用的是数控加工中心，在数控加工中，正确合理地选择切削参数对确保产品质量、提高生产率、降低生产成本起着十分重要的作用。近年来，随着数控技术的普遍应用以及各种先进制造技术的迅速发展，生产辅助时间大大降低，相应地，切削时间所占的比重就大大提高。因此缩短切削加工时间，对提高生产率起着重要的作用[3]。所以在确定好加工工件、机床以及在保证刀具耐用度的前提下，影响生产效率的主要因素为切削速度、进给量等[4]。对于机油泵壳体加工中，影响壳体加工时间的主要工序采用的切削参数，都是使用了多年的工艺参数，具体的参数见表1。由表中可以看到铣安装平面、扩M6螺纹底孔、扩主从动轴孔工序中切削速度较低；而攻M6螺纹工序由于底孔位置有偏差，攻丝速度过快会导致丝锥折断和螺纹过大，不能采用较高的转速和进给；镗主从动轴孔及齿轮室孔工序切削速度已经达到398 m/min，并且该工序采用的Mapal导条式复合铰刀，切削参数已被刀具厂家设定为最佳，无法更改。所以只能从提高铣安装平面、扩M6螺纹底孔、扩主从动轴孔工序的切削参数来提高生产效率。

3 TU5JP4机油泵壳体工艺优化

3.1 铣安装平面工序优化

铣机油泵壳体安装平面是该平面的最终加工工序，该工序在产品调试阶段使用的是Mapal公司的铝合金面铣刀，最多可装刀片8片。Mapal原装的硬质合金刀片，价格约2 000元/片，打刀时损失较大。所以测试阶段为了减少打刀的情况，将刀片数量降低为4片，降低意外打刀时的损失。由于油泵壳体是铝合金材料，加工刀具材料可以选择硬质合金、金属陶瓷、PCD等，因金属陶瓷刀具因脆性较大，抗弯强度和冲击韧性低，使用受到限制，不适合粗加工，仅用于精加工；而硬质合金刀具和PCD刀具在加工使用中在多数情况是可以相互替换的，在粗加工时应采用不含TiC的无涂层的硬质合金刀具，PCD刀具由于其不同的晶粒尺寸具有更广泛的应用，可实现高速、高精度、高稳定性加工，而国内对其应用也比较成熟。所以在产品量产后，为降低成本，将Mapal的硬质合金刀片改为国产的PCD刀片[5]，但切削参数未按照PCD刀片进行调整，仍按照硬质合金刀片的切削参数进行生产。现将刀片数量由4片改为8片，按照PCD刀片参数调整，提高转速至3 500 r/min，提高刀具切削速度至1 374 m/min，提高进给量至1 000 mm/min，刀具结构如图4所示。

3.2 扩M6螺纹底孔工序优化

机油泵壳体毛坯为铝合金压铸件，为防止螺纹孔内产生缩孔和气孔，预留了6个螺纹底孔，铸出的底孔为Φ4的通孔，如图5所示。由于铸孔的位置度偏差较大，使用硬质合金钻头进行扩孔时其中心和预留孔中心不同心，易出现折断或出现椭圆孔，最后只能采用高速钢钻头低速加工并允许钻头随底孔导偏。现在改变毛坯设计，将铸造的Φ4的通孔改为Φ3的铸造浅盲孔，如图5所示，既不至于增加此处的气孔，又有利于钻头一次钻孔，改善了钻头的切削条件，采用整体硬质合金钻头加工底孔，并采用ER32-12弹簧夹头刀柄，其跳动为0.02 mm，经过现场调试，可以将进给量提高到800 mm/min，切削速度提高为47 m/min。

3.3 扩主从动轴孔工序优化

本工序是粗加工，该工序要给精加工镗孔留出余量，采用的是JT40-ER32-80刀柄见图6，采用的刀具是长度为70 mm的Φ11.7铣铰刀，刀具本身跳动0.02 mm，加上装夹误差，整体跳动将超过0.05 mm。刀具跳动太大时，高转速铣刀容易发生啸叫，影响尺寸精度，导致该工序切削参数无法提高[6]。现采用液压刀柄，这种刀柄如拧紧加压螺栓，可以提高封闭油腔内的油压，使油腔内壁均匀而对称地向轴线方向膨胀，起到夹紧刀具的作用。液压刀柄具有极高的夹持回转精度，使多刃刀具各切削刃得到均匀使用，在钻、扩孔切削中有效地减小横向力，防止发生断刀。刀具摆差降低至0.003 mm以内，夹持扭矩可达75～150 Nm ，具体参数见表2。通过刀柄的改进后，可以将该工序进给量提高到1 000 mm/min，切削速度提高为113 m/min。

3.4 工艺优化结果分析

通过上述各工序的改进，可以得到改进后的各工序切削参数，通过时间测量可以得到加工后的各工序加工时间并和改进前的加工时间对比，见表3。从表3中可以看到通过改进铣安装平面、扩M6螺纹底孔、扩主从动轴孔工序的切削参数，减少了扩M6螺纹底孔钻头折断的现象，使总加工时间缩短了134 s，同时减少了两台数控加工中心的使用时间，为其他品种的机油泵产品的加工让出了生产能力。

4 结语

通过对TU5JP4机油泵壳体的加工工序的分析，可以发现铣安装平面、扩M6螺纹底孔、扩主从动轴孔工序的切削参数有提高空间，所以对上述工序进行了优化，增加了铣安装平面的刀片的数量；改变了机油泵壳体螺纹底孔毛坯设计和使用硬质合金钻头；改扩主从动轴孔工序的JT40-ER32-80刀柄为液压刀柄；同时提高各工序的进给量和切削速度。经过以上的改进和工艺参数的优化，使加工时间缩短了134 s，为该公司其他铝合金壳体件壳体加工提供了改进和优化的方向。

参考文献：

[1] 曾庆生，杨毅，王湘江.转子式机油泵多学科优化设计[J].内燃机工程，2009，10：73-77.

[2] 童宝宏，桂长林，陈华等.发动机机油泵供油特性的神经网络建模[J].内燃机学报，2007，25（3）：265-270

[3] 武关萍，翟建军，廖文和.数控加工切削参数优化研究[J].中国机械工程，2004，3：235-237.

[4] 吴军，郑小军.高速铣削工艺优化研究在数控加工中的应用[J].机械设计与制造，2012，7：90-92

[5] 张自平.铝合金薄壁件高速铣削加工工艺优化[D].吉林大学，2006

[6] 付敏.高速铣削铝合金加工技术的研究[D].哈尔滨理工大学，2004.

推荐访问:壳体 加工工艺 汽车发动机 优化 机油泵