切削技术的飞速发展使机械加工走向了高速、高效切削，而高速加工中心的使用更加速了这一进程。最近，我们在铸造铝合金缸盖平面加工上进行了高速切削，取得了较好的效果。
零件结构及精度分析
缸盖是发动机的关键基础件之一，其上表面是罩盖安装面，下表面与缸体上表面配合，左右分别是进排气面，前面是前罩盖，后面是变速器，六个表面都是配合表面，要尺寸准确，相互垂直，既要有好的平面度，更要有低的表面粗糙度。缸盖上既有进排气道，又有油路、水道，更密布有燃烧室、进排气门导管孔、座圈孔、挺柱孔、火花塞孔及凸轮轴安装孔。六个大平面的平面度允差0.05mm，相互垂直、平行允差0.08mm，尺寸公差0.1mm，表面粗糙度Ra1.6，上下平面的铣削范围Smax＝392×265.5mm2。从以上的分析可见：缸盖是结构复杂，内腔多、壁厚薄、刚性差的箱体件；六个平面精度高，形状、位置要求严格，平面加工范围大；而壁厚薄、刚性差更增加了加工难度。
缸盖的高速、高效切削涉及机床、刀具、材料等多方面，在机床、刀具、零件材料确定之后，把各方面有机地串联在一起的就是加工工艺。因此欲实现缸盖的高速、高效切削必须有科学、先进、合理的加工工艺：正确选择毛坯；合理确定工艺基准；安排精益的工艺路线；工艺参数恰当；有效而可靠地控制产品质量。
我们公司缸盖的加工设备是德国HELLER公司的高速加工中心，主轴最高转速16000r/min，X、Y、Z轴进给速度可在1～6000mm/min内随意调节，快进速度60m/min，B轴转速（360×1°旋转分度工作台）40r/min，主轴最大功率20/30kW，最大扭矩95/143Nm，X、Y、Z线性轴定位精度0.0021mm，重复定位精度0.00125mm，可见机床的功率、扭矩、主轴转速、进给速度，以及定位精度完全可以满足产品加工的要求，图1为我们的缸盖生产线。
图1 缸盖生产线
刀具的选用
刀具是机械加工中最关键、活跃的因素，它敏感地影响到加工质量和加工效率，应慎重选择。通过现场的实际加工，缸盖平面加工刀具我们选择了肯纳公司的KSCM-AluMill高速面铣刀。KSCM-AluMill高速面铣刀由钢制刀盘和铝制刀体组成，在保证足够刚性的前提下减轻了重量，且双金属结构减少了振动；PCD刀片具有高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数，非常适用于铝合金的高速切削；该刀具具有高金属去除率，低加工毛刺的特点，有利于提高加工效率。通过几个月的加工实践，KSCM-AluMill高速面铣刀加工效果良好。
毛坯、基准和加工余量
缸盖的材料是铸造铝合金，ZL107有良好的铸造性，铸件外观状态好、致密性好且精度高，适宜做复杂的零件，同时又具有良好的加工性，适于机械加工。考虑到缸盖内部既有油路又有水路，形状和结构复杂，机加工序多、周期长，且机加过程中不允许有大量的毛坯报废，因此要求铸件控制燃烧室表面不允许有任何铸造缺陷，铸件不允许有裂纹、冷格、缩孔、疏松及浇不足。为提高强度，我们增加了必要的加强筋，铸件公差按GB/T6414-CT7级。同时，我们与毛坯厂家协商，在毛坯出厂前进行预加工，渗漏检测，不合格毛坯不出厂。从而提高了进入生产线的毛坯质量和加工效率，减少了机械加工的毛坯废品，增加了成品合格率。
按六点定位原理，缸盖底面上的三个凸台为毛坯定位基准，三凸台上表面和侧面为高度和宽度方向的基准；进气侧2～3进气道中隔的对称中线为长度方向基准（实际定位面是2～3进气道侧面）；为确保定位基准的精度，铸件要控制三个凸台定位表面的平面度和共面性，同时以此三个基准控制毛坯的孔系和面系的铸造位置；精基准为一面两销，实现了加工中的基准统一。提高毛坯精度，减小加工余量，是实现高速、高效切削的措施之一，在缸盖的面系加工中，我们将加工余量（单面）控制在3mm之内。
工艺路线
工艺路线不仅会影响产品质量，而且对生产效率和生产成本也会产生影响，因此必须合理安排。确定工艺路线的原则为：1. 保证产品符合设计图样要求，且质量稳定。2. 有利于发挥设备与工艺系统的效能，方便操作，物流合理。3. 尽量做到生产周期短、效率高、成本低。缸盖平面加工的具体工艺路线安排如下：
1. 以毛坯基准定位，完成顶面及二定位销孔的加工，形成顶面的一面二销的工艺基准；同时完成前后面及前后面上的孔系加工；最后以较小的余量对顶面进行精加工，以确保顶面有高的平面度和低的表面粗糙度；前、后面和顶面一次加工完成，提高了相互间的垂直精度。尤其要注意的是，由于缸盖内腔多、壁厚薄、刚性差，且是毛坯定位，因此要避免出现安装、定位变形；压紧点要合理，压紧力要适当，避免压紧变形。nextpage
2. 以顶面及其上的二销孔定位，加工底面及二定位销孔，形成底面的定位基准，同时加工底面孔系。本工序结束前以较小加工余量对底面及定位销孔进行一次精加工，确保底面的平面度、与顶面的平行度，以及较好的尺寸精度和较低的粗糙度。
3. 以底面及其上的二定位销孔为基准，加工两侧面，控制两侧面的平面度、垂直度、位置度和表面粗糙度，加工两侧面的孔系。
工艺参数、加工精度
缸盖六个平面，粗铣及精铣，切削速度V＝2500～3000m/min，每齿进给量Fz＝0.12～0.15mm/z、进给速度Vf＝11.5～15m/min。加工后对零件进行检测，平面度误差最大不大于0.02mm，最小仅0.0034mm，上下面平行误差最大为0.05mm，上下面、前后面相互垂直误差仅为0.03mm，表面粗糙度Ra0.8。可以说，缸盖的平面加工完全满足产品的精度要求，平面度最大误差仅为公差的40%，上下平面的平行度误差较大也仅是公差的62.5%。
欲确保平面加工质量，刀具必须锋利，且切削角度合适，尽量减少轴向加工抗力，否则将产生振动，加工表面会出现振纹，破坏加工精度，使表面粗糙度变坏。其次，要切削适当余量，尤其是修光刃修光余量，应能保证充分修掉精铣刀痕，使加工表面的平面度更好，粗糙度更低。为确保平面加工的质量，还应着眼于影响加工的整个系统。例如，我们在缸盖加工中，曾发生第一凸轮轴孔在锁瓦槽位置有较深划痕（见图2），检查刀具，既没有切削瘤，切削刃也没有豁口，最后发现切削液的滤纸变了，新滤纸薄且滤孔较大，滤过的切削液出现了很多以前没有的颗粒，从而说明换滤纸使切削液过滤效果变差，刀具挤压切削液中的颗粒将孔划伤。划痕之所以出现在锁瓦槽处，是因为该处切削液有回流积存了较多颗粒。更换滤纸后，切削液中的颗粒没有了，凸轮轴的内孔划痕也不见了，如图3所示。
图2 内孔有一环形划伤
图3 换滤纸后划伤消失
结语
目前，长城汽车已经实现了缸盖的平面高速、高效加工，但这仅仅是第一步，就缸盖加工而言，还有凸轮轴孔加工，气门座圈孔、导管孔加工等，要解决的问题还有很多，要学习的东西更多。接受新事物，学习新知识，是我们一贯的态度。让我们着眼全局，注重细节，切实搞好高速、高效加工，降低成本，努力为企业创造更大的效益。
