一兔沃、摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸頭模具的特點(diǎn)

　　氣缸頭是摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)非常重要的關(guān)鍵零件蒋得，其作用是形成氣缸的工作容積和為活塞運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向级及，在高溫、高壓额衙、潤(rùn)滑不良饮焦、交變載荷和腐蝕等條件下工作。為增加冷卻面積氛拜，保證散熱充分甫蚊，在其外表面鑄有許多散熱片，并有大量的支撐筋子钾。葉片即贰、筋等在模具上就形成小的深而復(fù)雜凹槽，無(wú)法用刀具切削加工团弧，必須制作電極用電火花加工來(lái)成型疲籍。因此，電火花加工在氣缸頭模具制造中有重要的作用幔瓮。

　　散熱葉片特點(diǎn)是環(huán)繞氣缸頭四周谐浆、量大(5～14片不等)、厚度較小(3mm左右)徊激、片間距較小(10～12mm)。模具結(jié)構(gòu)采取三向抽芯给庶。每個(gè)模具型芯有大量的深槽贿汞。三向抽芯的主要部分采取數(shù)控機(jī)床或線切割加工出基本形狀，而刀具加工不到的位置采取電火花最終成形耸黑。我們采取CAD/CAM/NC加工集成技術(shù)桃煎，用UG軟件作為產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì)、數(shù)控編程的平臺(tái)大刊，以HV45加工中心作為主要的加工手段加工模具型面和葉片電極为迈，采用北京阿奇電火花機(jī)床加工葉片溝槽。下面介紹散熱葉片電極設(shè)計(jì)與加工方法缺菌。

　　二葫辐、葉片電極傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)加工方法

　　我們以XX90氣缸頭為例。為保證散熱充分伴郁，該氣缸頭共有6片散熱葉片耿战，片間隔12mm，其外邊緣厚度為2mm焊傅，為脫模方便剂陡，必須加上拔模角。而各葉片外邊緣距離中心遠(yuǎn)近不同狐胎，因此鸭栖，葉片型面為變拔模角的曲面模型楣苇，拔模角從1°到3°不等。

　　模具采取三側(cè)抽芯的分型結(jié)構(gòu)忽浓，三側(cè)抽芯均需電極绿凄。如果每個(gè)抽芯采用整體電極的話，只能用直徑5mm以下而長(zhǎng)度達(dá)100mm的細(xì)長(zhǎng)刀具帮冶，根本無(wú)法切削。因此隧帜，通常采用單片電極組合的方法邢侵。是第一個(gè)葉片的模具和電極模型豫柿。每一個(gè)葉片需要三個(gè)電極，6個(gè)散熱葉片的XX90氣缸頭模具就需要18塊電極剧灰，同理，有12個(gè)散熱葉片的XX250的氣缸頭需要36塊電極程腹。

　　制造時(shí)為加工方便匣吊，通常采取同樣形狀大小的毛坯。先鍛造18個(gè)相同的長(zhǎng)方體毛坯寸潦，銑削毛坯六面色鸳，保證厚度12mm，每個(gè)毛坯鉆鉸兩個(gè)直徑相等位置一致的定位安裝孔见转。然后在UG中編制數(shù)控加工程序命雀，在數(shù)控機(jī)床上分別加工每個(gè)葉片，最終將三個(gè)方向的各六片電極通過(guò)定位孔裝夾形成三個(gè)電極組合斩箫，在電加工機(jī)床上分別加工不同的三個(gè)抽芯吏砂。 

　　設(shè)計(jì)編程時(shí)乘客，XX90氣缸頭需要建立18個(gè)三維幾何模型和18個(gè)毛坯模型，XX250氣缸頭需要36個(gè)三維幾何模型和36個(gè)毛坯模型氛雪。每塊葉片電極需要3個(gè)程序耸成，僅XX90氣缸頭就有54個(gè)程序，數(shù)控編制和數(shù)控加工時(shí)間長(zhǎng)言雀，而且煩瑣易出錯(cuò)。因此葉片電極的設(shè)計(jì)加工極大地影響了模具的加工周期和成本刚哼。

　　三、改進(jìn)的葉片電極設(shè)計(jì)和加工方法

　　1. 葉片電極設(shè)計(jì)

　　基于氣缸頭的特點(diǎn)然枫，我們將每一層的三個(gè)電極改進(jìn)成的一個(gè)整體葉片電極搬体。矩形輪廓為12mm厚的毛坯，在其中間部分制作一個(gè)圓臺(tái)并鉆鉸4個(gè)直徑相等的定位夾緊孔陶店，孔心線分別與抽芯方向平行或垂直逾条。每個(gè)型面加工完成后通過(guò)定位夾緊孔形成一個(gè)完整的組合電極。當(dāng)電加工左抽芯時(shí)担孔，用與抽芯方向垂直的2個(gè)定位孔來(lái)定位夾緊吃警。加工結(jié)束，旋轉(zhuǎn)90°加工下抽芯汤徽，最后旋轉(zhuǎn)90°加工右抽芯灸撰。

　　為什么可以這樣呢？首先氣缸頭葉片的中間部分為氣缸頭基體完疫，在模具上是空腔债蓝，實(shí)際并不需電極成型，只有葉片電極四周部分才起作用缚宜；再者，葉片四周環(huán)繞意澡，三個(gè)方向的抽芯各利用整體電極的一部分，在分型線處相連蒜丙，各部分互不干涉。電加工時(shí)请立，相互并不發(fā)生干涉和電腐蝕求馋，即使在分型線附近有少量腐蝕，由于這個(gè)區(qū)域的模具葉片槽是開放的趟大，也可以采取鉗工方法來(lái)彌補(bǔ)铣焊，實(shí)踐證明腐蝕量非常小。

　　這樣曲伊，對(duì)于6個(gè)散熱葉片的XX90氣缸頭模具需要6塊電極，而有12個(gè)散熱葉片的XX250的氣缸頭僅需要12塊電極岛蚤。在電加工時(shí)只要注意電極的正確定位懈糯，用這個(gè)整體組合葉片電極分別加工三個(gè)抽芯是完全可以的。電極材料大大減少她紫，而且電極三維模型的設(shè)計(jì)建模工作量大大減輕妈唯。

　　2. 葉片電極的加工

　　數(shù)控加工之前，電極毛坯的預(yù)加工工藝與原來(lái)工藝一樣几垃，采取鍛造→銑削6面→鉆鉸4個(gè)直徑相等的孔箭瘫。但必須注意，除厚度為12mm外猩吕，電極的大小和4個(gè)直徑相等的孔及圓臺(tái)的位置必須在CAD軟件中準(zhǔn)確確定。其原則為：電極最小的長(zhǎng)和寬尺寸必須包容所有葉片的最大輪廓真王，圓臺(tái)的直徑必須在所有葉片最小工作輪廓之內(nèi)，4個(gè)直徑相等的孔必須在圓臺(tái)范圍之內(nèi)舶衬。最后利用4個(gè)直徑相等的孔作為安裝定位基準(zhǔn)赎离，安裝在設(shè)計(jì)的夾具上，在HV45立式加工中心上加工葉片電極型面虽画。

　　與原來(lái)的電極立式安裝方式不同荣病，改進(jìn)后的葉片電極采取水平放置，先加工一面脖岛，結(jié)束后反面安裝加工另一面颊亮。由于6個(gè)葉片可以采取一樣的毛坯、加工定位坐標(biāo)系终惑、編程坐標(biāo)系、加工方法瘟百、加工余量酌铺、刀具和切削參數(shù)酿乾，在設(shè)計(jì)編程時(shí)，只需要用另一個(gè)葉片代替第一個(gè)葉片就可以生成新的葉片加工程序趋亡，大大減少了編程工作量和加工效率缔寒，降低了出錯(cuò)率顿蝇。在UG上進(jìn)行的數(shù)控工藝規(guī)劃什猖。可以看出在生成電極PIAN-2加工程序時(shí)降铸，只需COPY電極PIAN-1程序到PIAN-2之下摇零，然后重新生成即可，所有葉片電極只需30個(gè)程序谅畅。

　　我們以第一片為例說(shuō)明噪服。首先加工上表面。先用Φ20圓角半徑為1mm的高速鋼平底銑刀牙捉，沿電極零件外輪廓走一圈妆吱，采取平面銑PLANAR MILLING的加工方式，切削軌跡類型PROFILE方式啃端。表面余量－0.1mm(放電間隙)，主軸轉(zhuǎn)速1000r/min述搀，進(jìn)給速度100mm/min模皱，切削深度為1mm。加工出的葉片輪廓形狀获殉。然后用CAVITY MILL的等高切削方式去除葉片型面上的大量材料篙萧。用Φ20圓角半徑為1mm的高速鋼立銑刀加工，用常規(guī)的FOLLOW切削方式墨闲，表面余量為0mm，主軸轉(zhuǎn)速1000r/min盾鳞，切削深度為1mm瞻离。切削時(shí)，進(jìn)給速度200mm/min琐脏，刀具軌跡模擬。

　　對(duì)于曲面精加工通常采用固定軸投影加工FIXED CONTOUR驅(qū)動(dòng)方式或射線RADIAL LINE的切削方式吹艇。由于三軸連動(dòng)加工走刀速度較低昂拂，切削力較大，而電極在中間采用四個(gè)螺釘裝夾副呆，夾持力較小拳刚，因此我們采取了CAVITY MILL等高切削方式中的PROFILE方式，加工軌跡見圖10(為表達(dá)清楚韧仓，軌跡曲線已稀釋)俘汹。用Φ20圓角半徑為1mm的高速鋼立銑刀加工，為滿足電腐蝕工藝中要求的放電間隙0.1mm侄掠，我們把表面余量設(shè)置為－0.1mm溯鱼，主軸轉(zhuǎn)速2000r/min，進(jìn)給速度1000mm/min葛闷，切削深度為0.03mm。雖然電極型面的拔模角最小1°阳仔，型面非常平緩扣泊，但根據(jù)銑削加工理論表面粗糙度公式，當(dāng)切削深度降低评矩，表面粗糙度減小阱飘。因此使用0.03mm的切削深度加工效果很好，最后通過(guò)少量的拋光沥匈，獲得了較好的表面質(zhì)量蔗喂。

　　當(dāng)一面加工結(jié)束后妨屑，反面的加工與前述方法一樣绿壮，由于電極輪廓前面已經(jīng)到位，因此只需后兩個(gè)程序庸垢。需要注意的是犀掸，由于裝夾接觸面進(jìn)一步減小，因此切削深度應(yīng)減小君祸，所以粗加工用0.5mm轧愧，精加工0.03mm。

　　在加工和編程中需特別注意的是由于電極只在中間采取四個(gè)螺釘裝夾谈况，夾持力較小递胧，因此必須降低切削力赡茸。根據(jù)切削理論祝闻，降低切削深度可以有效降低切削力，而且降低切削深度可以有效降低電極的型面表面粗糙度华蜒。因此我們選擇較高切削速度和較小切削深度豁遭，精加工切削深度為0.03mm。刀具材料采取高速鋼党滓，和硬質(zhì)合金相比，雖然硬度低侮搭，但刀具鋒利比紫，切薄能力更強(qiáng)，由于工件材料為銅秩菩，硬度不成問(wèn)題齐寻。實(shí)踐證明，在銅電極加工中選擇高速鋼刀具和合理的切削用量可以得到比硬質(zhì)合金刀具更好的結(jié)果刨吸。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　摩托車氣缸頭模具大量采用電火花加工恒傻。傳統(tǒng)的葉片電極的設(shè)計(jì)加工方法建邓，浪費(fèi)材料，加工周期長(zhǎng)沸手，通過(guò)改進(jìn)散熱葉片電極的設(shè)計(jì)加工工藝并結(jié)合先進(jìn)的三維CAD/CAM技術(shù)注簿，并采取合理的加工和安裝定位跳仿，可極大地提高了模具加工效率菲语。目前我們已在多副氣缸頭模具上采取這種方法租悄，實(shí)踐證明是行之有效的写寄。

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