发动机缸孔精密加工过程控制与优化

摘要

发动机是汽车核心部件之一，其加工质量直接影响汽车的整体性能。改善发动机的燃油效率、降低发动机的摩擦功耗最直接有效的方法就是提高发动机缸孔的加工制造质量。发动机缸孔精密加工过程中最后两道重要工序分别为精镗和珩磨。精镗涉及到的尺寸精度与形位误差，将直接影响发动机的各项性能；相对于其它精加工，珩磨工序不仅加工余量较大，而且能有效地提高零件尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度等缸体设计指标，因而被用作发动机缸体精密加工的最终工序。
　　以某汽车生产商发动机制造工厂的某型号发动机缸体为研究对象，主要解决发动机缸孔精密加工过程中尺寸与形状的控制问题。为了降低缸孔-活塞摩擦副的摩擦能耗，对缸孔形状的控制优化方法进行了研究，建立了缸孔-活塞摩擦副的模型，利用有限元分析方法计算了该摩擦副的摩擦功大小，得出了使缸孔-活塞摩擦副摩擦功最小的理想缸孔形状；通过对缸孔珩磨轨迹的重构和珩磨轨迹分布与珩磨去除量的转换，揭示了轨迹的分布规律，提出了改善轨迹分布均匀性的方法，通过对缸孔圆柱度的计算，证明了该方法能有效地提高缸孔的形状精度；结合生产现场具体工艺装备能力和系统状态，提出了镗削协调控制工艺优化方案，通过修改镗削宏程序，实现变进给镗削，改变走刀路径的分布状况，从而修正缸孔的形状，提高了珩磨后缸孔尺寸和形状精度。主要工作包括以下三个方面：
　　首先，基于对缸孔镗削轨迹的模拟和缸孔镗削受力变形的分析，结合对生产现场缸孔镗削和珩磨的加工数据处理，提出了缸孔镗削协调控制方案。鉴于镗削的可控性远大于珩磨，利用缸孔精密加工前、后工序（镗削和珩磨）尺寸匹配设计，通过对缸孔镗削宏程序的优化，修正了缸孔的镗削形状以匹配珩磨去除量，提高了缸孔精密加工尺寸、圆度及圆柱度的精度，以及平台网的质量。通过实验和测量数据的统计分析，证明了该优化方法的有效性与可行性，提高了缸孔的精密加工能力。
　　然后，通过对缸孔珩磨三维和二维轨迹的重构分析，建立了珩磨轨迹分布与珩磨去除量的转换关系，对各运动参数对珩磨轨迹分布的影响进行了分析，揭示了轨迹的分布规律，提出了改善轨迹分布均匀性的方法。通过对缸孔圆柱度的正交试验和计算分析，定量地证明了该方法能有效地提高缸孔的形状精度。结果表明：油石错位安装的珩磨头结构能够有效克服珩磨轨迹分布不均的缺陷，从而提高缸孔的加工质量。
　　最后，完成了缸孔-活塞摩擦副摩擦功的仿真计算。通过对缸孔-活塞摩擦副简化模型的建立，进而设计了腰鼓形、马鞍形、锥形和桶形四种不同的缸孔形状，保持其平均直径相同且活塞状态一致，利用Abaqus有限元仿真软件进行接触分析运算，得出了缸孔形状对缸孔-活塞摩擦副摩擦功的影响。结果表明：在忽略缸孔热变形的影响条件下，理想的直筒缸孔形状对应的缸孔-活塞摩擦副摩擦功最小，因而缸孔精密加工应致力于减小缸孔圆度、圆柱度误差。

目录

封面

声明

上海交通大学学位论文答辩决议书

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容与章节安排

第2章 缸孔珩磨轨迹的控制与优化

2.1缸孔珩磨的加工工艺过程

2.2缸孔珩磨轨迹形成过程分析

2.3缸孔珩磨轨迹的改进

本章小结

第3章 镗削精度协调控制策略

3.1缸孔镗削加工工艺与检测方法

3.2缸孔镗削形状的工艺反求

3.3变速镗削的实验验证

本章小结

第4章 缸孔形状对缸孔-活塞摩擦副摩擦功的影响

4.1发动机缸孔主要技术要求

4.2缸孔-活塞摩擦副的运动

4.3缸孔形状的统计分析

4.4缸孔-活塞摩擦副摩擦功的仿真计算

本章小结

第5章 总结与展望

5.1全文总结

5.2论文的创新点

5.3后续工作的展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

攻读硕士学位期间申请的专利