发动机缸盖加工关键工艺研究

发动机缸盖加工关键工艺研究

魏本堂

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心安徽合肥230000）

摘要：本文简要介绍和分析了发动机缸盖机加工艺的技术难点，发动机缸盖是一种比较复杂的零件，其加工精度和质量会直接影响整个发动机的质量。在现场加工的过程中还要把握现场工况、生产情况和设备情况，合理的安排加工工艺，保障缸盖的加工质量。

关键词：发动机；缸盖加工；关键工艺

引言

缸盖是发动机燃烧室的组成部分，连接许多配气供油装置，是进气、排气的通道。对于发动机而言，缸盖对于供油装置有直观的影响，对于整机的性能与寿命有关键的影响，而且缸盖的结构性状复杂、内部呈腔型结构，加工难度较高，为了确保发动机的使用效果，需要对缸盖加工过程中的关键工艺进行控制，确保缸盖加工精度。

1发动机缸盖机加工的概述

缸盖使发动机总成中的主要零件之一，位于发动机上部，通过缸垫、螺栓，和气缸体牢固地作用于一体。它主要的功能包含以下三方面：第一，将气缸的上部封闭，让活塞的顶部与汽缸壁共同作用形成燃烧室；第二，定制发动机的气门等配气机构，也是进排气管和出水管的主要装配基体；第三，在气缸内部有冷却水套，气缸面上的冷却水和内部冷却水相互贯通，运用循环水将内部的高温带走。可见，缸盖的加工工艺极为复杂，并对精度有较高的要求，而精度的优劣对发动机的整体性能及可靠性影响极大。缸盖内部关键的部件是进/排气孔和气门座圈。这两个重要部位对缸盖的燃烧质量具有重要的影响，随之也将影响整个发动机的性能以及品质。

2发动机缸盖的结构特征

要提高发动机缸盖机加工艺的精度，保障发动机缸盖的加工质量，就必须对发动机缸盖的结构特征进行一定的了解。发动机缸盖具有以下几个结构特征：首先，气缸盖对于刚度和强度有着较高的要求，才能在气体的热应力和压力的作用下正常工作，保障气缸盖不会受到气体热应力和压力的损坏。其次，气缸盖一般为六面体状，属于一种多孔薄壁件。气缸的6个外形面可以分为缸体结合面和其他面，其中最重要的是缸体结合面，缸体结合面指的是与缸体进行结合的面，上面具有燃烧室。发动机中最重要的性能参数——压缩比指的是燃烧室的容积和气缸之间的比值。可燃混合气体在气缸中被压缩，然后在燃烧室内被点火和燃烧。要求燃烧室具有一定的容积，否则会造成可燃混合气体的燃爆。如果容积过大又会影响发动机的功率。缸体结合面的位置精度具有较高的要求，对于密封有着较高的要求。

3发动机缸盖的粗加工工艺

发动机缸盖加工工艺中的第一个流程就是粗加工工艺。粗加工工艺要注意以下几个方面：第一，发动机缸盖材料一般为铝合金、灰铸铁、蠕墨铸件。汽油发动机一般采用铝合金，柴油机一般采用灰铸铁或蠕墨铸铁，部分小型柴油发动机或对重量有较高要求的柴油机也采用铝合金缸盖材料。随着发动机排放的不断提升以及对强度要求越来越高，柴油发动机总成在四气门缸盖中很容易出现气门间的裂纹。因此，需要从缸盖产品结构布置、铸造毛坯浇注工艺、机加工加工工艺、新材料应用等方面进行研究。蠕墨铸铁的应用，就是解决以上致命可靠性的方法之一。对三种不同材质的缸盖，需采用不同的刀具种类及切削参数，且铝合金加工效率最高，蠕墨铸铁加工效率最低。假如刀具及切削参数选择不当，蠕墨铸铁加工效率要比灰铸铁加工效率降低30%以上。第二，加工毛坯件。在选择合适的材料之后就要加工毛坯件。缸盖毛坯件的加工技术要求在于毛坯件上面不能有粘砂、砂眼、气孔、疏松，不能存在热浇不足、冷隔和裂纹的现象，并保障毛坯件的粗传送点、夹紧点和定位基面具有良好的光滑性和一致性。

4发动机缸盖的机加工工艺

4.1平面加工

从缸盖的内部结构来看，大平面较多，进、排气面和顶面、底面均为大平面，这就要求平面度及表面粗糙度等精度必须保持较高水平，进而要求机床拥有实现高精度加工的能力，能达到较高的刀具调整精度和几何精度。以前，缸盖大平面主要是运用合金刀片加工，现在由于毛坯情况通常较好，因此常用金刚石刀片加工，这种工艺可以优化缸盖平面，提高加工表面的精度。

4.2加工发动机缸盖的高精度孔

发动机缸盖中的高精度孔包括凸轮轴孔、挺杆孔、导管孔和气门阀座等孔隙，这些孔隙对于表面粗糙度、位置精度和尺寸精度的要求均较高。因此可以说缸盖机加工艺中的核心工艺就是高精度孔的加工，也成为了发动机缸盖机加工艺中的技术难点。发动机气门与缸盖气门导管和缸盖气门阀座必须能够完整地配合，这对同轴度有着较高的要求。气门锥面和气门阀座之间必须能够密封，因此气门阀座具有较高的圆度要求。当前主要的加工工艺是先进行机床主轴快进，然后进行工进，接着启动主轴，对气门阀座的锥面进行加工。进而将主轴停止并后退，然后重新启动主轴，气门导管进行枪铰加工。在完成枪铰加工之后工进退刀，将主轴回推。这种工艺能够进一步减少重复定位误差，做到一次定位，使得气门阀座和气门导管的同轴度得到提高。但是由于气门导管和气门阀座具有不同的材料因此必须选择不同的刀具，这也进一步提高了加工的难度。

4.3加工气门导管底孔和缸盖挺杆孔

这两方面的加工具有较高的精度要求，在加工的过程中注意尽量减少不必要的误差，提高气门导管底孔和缸盖挺杆孔的加工精度。

4.4加工缸盖凸轮轴孔

作为缸盖的最长孔，缸盖的凸轮轴孔如果运用分段或调头加工的方式，虽然对机床设备及刀具相对简单，一般也能基本保障凸轮的轴孔加工精度，但是不能满足凸轮轴孔与同轴度的加工要求。因而，加工时应尽量满足一次成型的要求。对于长杆件而言，有效清除有关刀杆自身的重力是机械加工中一项很重要的难题。实际应用中，需要采用带有镗模架的自动专机生产线或者运用刀具的自导向，清除刀杆对整体加工的重力影响因素。

4.5加工缸盖中的毛刺

铝合金材料的缸盖加工材料是塑性材料，所以在整体加工中毛刺的产生不可避免。对于这些毛刺，加工中除了要选择比较合适的参数外，更要提高工件材料的各类硬度。为了弱化加工过程中产生的各类毛刺，要经常运用去除毛刺的方式，如尼龙刷去毛刺、高压水去毛刺等。但是，这些操作存在一定的危险性,所以加工过程中一定要确保人身的安全。

4.6缸盖加工流程的优化要点

缸盖加工是一个系统工程，通过细致的实验研究，我们总结出了以下优化要点：首先，在工艺总体设计时，应同时考虑工序加工后的检测程序设计，完成一道加工就进行相应的检测，这样一来可以有效控制工序质量。其次，缸盖的内部结构十分复杂，内应力的不稳定分布可能导致形变，会影响加工精度。因此，我们在进行缸盖加工时，通常遵循“先面后孔”的原则，并通过将精细加工和粗加工分散进行的手段，释放应力。其三，缸盖的结合面划伤可能导致缸盖品质受损，影响发动机的效能。因此，为了避免该问题发生，我们通常对结合面采用精加工，避免发生后续破坏。其四，随着自动化生产的推进，有些加工生产线自动化程度不断提高，对于这些自动化生产线，必须附带夹具喷气和刀具折断等检测，避免损失的发生。

结束语：

缸盖作为汽车发动机总成的关键部件，其工艺品质事关汽车发动机的整体效能发挥。缸盖结构复杂，加工工艺标准要求较高，因此，不断追求最佳的加工工艺是业界的一致目标。

参考文献：

[1]彭浩,蒋志波.发动机缸盖机加工艺的技术难点分析[J].中小企业管理与科技(上旬刊).2015(11)

[2]刘文超,于光超.探讨发动机缸盖加工的优化工艺[J].中小企业管理与科技(中旬刊).2015(09)

[3]盛兴涛,刘世毅.发动机缸盖加工工艺的优化研究[J].机电信息.2016(21)