发动机缸盖机加工艺的技术难点解析

发动机缸盖机加工艺的技术难点解析

史红瑞

长城汽车 071000

摘要：缸盖是发动机的主要零件之一，其可以与活塞顶部和汽缸壁一起形成燃烧室，底面利用循环水带走发动机的高温，对于发动机而言有着重要的作用。在实际生产加工过程中工艺复杂，要求其加工精度较高,避免因质量问题而影响发动机的整体性能和质量，基于此本文分析发动机缸盖的机加工艺及加工难点，并提出了具体的方向，以期能够为相关人士提供参考借鉴。
关键词：发动机；缸盖；机加工艺

缸盖位于发动机上部由螺栓固定，是发动机的主要零部件之一，其作为出水管、进排气管重要装备的基体，气缸体冷却水孔和气缸盖内部的冷却水套底面的水孔是相通的，通过气缸中的循环水将发动机内的高温带走，在发动机运行后能够对封闭气缸起到一定的保护作用。缸盖对发动机的质量有着非常重要的影响，因此必须合理应用加工工艺，将现存的难点解决，从而避免问题的出现。

1、发动机缸盖机加工的概述
1.1缸盖的功能

缸盖使发动机总成中的主要零件之一，如其加工工艺未能完善，则可能影响整个发动机的性能以及品质，缸盖的加工工艺极为复杂，内部关键的部件是进、排气孔和气门座圈，二者对燃烧质量具有重要的影响，需要在生产工艺优化中对此加大关注。发动机缸盖的结构特点主要涉及到以下两个方面，首先是要保证发动机的缸盖能够在气体的强力压力以及热力效应的作用下能够有足够的刚度以及强度维持稳定的工作效果。其次气缸盖是一个六面体形状多孔薄壁的零件，孔壁的数量多达 100 个左右，最薄的部分大概 3.5mm 左右。主体的材料性质为铝合金整体的气门座以及气门导管采用的是粉末冶金的方法，气门座以及气门导管压入作业后需要进行精加工。整个主体部分带有凸轮轴孔火花塞孔以及螺纹孔等。

1.2缸盖的结构

要提高发动机缸盖机加工艺的精度，必须对其整体结构进行深入了解，从而使其能够符合使其应用要求。气缸盖一般为六面体状，为了能够保障气缸盖不会受到气体热应力和压力的损坏，因此需要提高气缸盖刚度和强度的要求，要求6个外形面与缸体结合面保持一致性，精确结构性能的各项参数。同时缸盖上部存在的可燃混合气体会在气缸中被压缩，所以要求燃烧室具有一定的容积，避免容积过大影响发动机的功率，在此基础上保证结构整体的密封有性。

2、发动机缸盖的机加工艺难点
2.1缸盖平面加工

缸盖平面加工属于主体部分，包括顶面、底面和进、排气面,其作为全部工艺过程的基础,对机床的几何精度和刀具的要求较高，在毛坯情况非良好的情况下,可采用硬质合金刀片加工，要求精确高平面度、垂直度、位置度等参数，因此需要不断调整精度；而在毛坯数据良好的情况下，则可以全部采用金刚石刀片进行加工，从而进一步提高加工供的表面粗糙度。

2.2高精度孔加工

缸盖上各孔有着非常严格的配合关系，而高精度孔系加工是核心工序，因此需要对精度、位置、粗糙度等参数细化，保证气门阀座、气门导管与发动机紧密配合。气门阀座和气门导管的材料是不同,可采用机床主轴快进的形式，加工完毕后主轴回推，实现一次定位减少重复定位误差,同时需要在加工过程中注重刀具选用，从而进一步提高气门导管和气门阀座的同轴度。

2.3缸盖凸轮轴孔

缸盖凸轮轴孔就是最长孔，要求在加工过程中保证凸轮轴孔的加工精度，满足凸轮轴孔的同轴度要求，对于长杆件而言加工必须一次成型。在精加工过程中为了能够提高缸盖凸轮轴孔质量，必须要消除刀杆自身的重力，可利用刀具的自导向进行定位，并采用带有锉模架的专机自动生产线进行加工处理，最终消除刀杆所带来的重力影响，提高整体加工质量。

2.4缸盖毛刺去除

铝合金缸盖属于塑性材料，加工过程中可能出现毛刺，因此在精加工过程中进行毛刺去除处理，从而提高工件材料的硬度。首先应从刀具参数、加工参数两方面入手，表面可通过喷丸或抛丸弱化，如加工过程中出现了毛鞫，可通过尼龙毛刷去毛刺，要特别注意安全。

3、发动机缸盖的机加工艺应用策略

我国很多铝合金缸盖加工生产线都是运用全卧式的柔性加工线，所以必须合理的安排加工工艺，通过优化处理保障缸盖的加工质量。

3.1合理选择缸盖材料

发动机缸盖材料选择十分重要，不同发动机所选择的盖材有所不同，如柴油机一般采用灰铸铁或蠕墨铸铁，提高缸盖的整体性能；而汽油发动机一般采用铝合金，其有着更好的导热性，符合汽油发动机的应用需求；而部分小型柴油发动机则可以采用铝合金缸盖材料，从而节省成本。当前我国发动机的功率正在不断提高，如缸盖材料不符合规定则有可能出现各类问题，所以需要从缸盖产品的材料方面入手，结合不同材料进行结构布置以及工艺优化，采用不同的刀具种类精确材料的切削参数，避免其他影响问题的出现。

3.2生产线设备应用

当前我国缸盖加工设备主轴大部分采用电主轴，转速超过7000转以上，并设置专用设备生产线，在整个产品的生命周期内极少出现更改的情况，这样的方式可以明显提高整体加工效率，且可以节省成本支出，如出现设计表更则需要对设备进行改造，不仅工程量大且资金消耗高，需要对此加大关注，防止出现此类情况。如提前了解生产中会不断出现产品更改，也可以选用加工中心+专用设备生产线的模式，该模式是柔性与刚性的有机结合，该生产线刀具等运行成本较高，需要结合实际情况妥善选择。同时在缸盖加工中，也可以应用立式加工中心的配置也是投资成本更具优势的方案，如通过集中工序单元“一”或“U”型布线，严谨认真地考虑线节拍平衡、投资与产出综合成本等方面。

3.3缸盖的机加工艺优化

3.3.1粗加工优化

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。发动机缸盖加工工艺中的第一个流程就是粗加工工艺，首先就是合理选择所以材料和设备，要求加过后的缸盖必须拥有足够的散热能力，在此基础上需要结通过设备进行优化，从而使发动机整机的重量得到减轻。当前在缸盖材料的选择中越来越多地使用到了粉末治金材料，在选择合适的材料之后就要加工毛坯件，要求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；末治金材料具有容易成型的优点，所以可通过耐热合金铸铁来制作缸盖中的气门座，使用铸铁来制作缸盖中的气门导管，在此基础上保证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。

3.3.2精加工优化

为了有效控制工序质量，根据实践，按照国内、外设备制造状态，要优化资源配置降低成本，减少不必要的投资，所以工艺总体设计时必须同步考虑工序加工后的检测。一般的加工原则是先面后孔，由于缸盖内部结构复杂，内应力在重新分布后会发生形变，这将严重影响其加工的精度，因此需要在以毛坯定位的第一道工序后专门设计定位夹紧专用检具，在定位后进行相符性检测，不仅可以避免加工后缸盖的结合面出现划伤，且可以防止后续工艺对缸盖造成破坏。同时为了能够防止钻偏影响后序的加工壁厚，要求结合面运用精加工工艺，并附带夹具喷气检测和刀具折断检测，从而避免在加工中出现不必要的损失。

4、结束语

在现场加工的过程中要把握现场工况、生产情况和设备情况，避免工艺选择不当导致综合性成本偏高，增加一次加工投资金额。基于此需要在技术实际应用过程中进行优化，可选用不同的国内、外多型号的设备进行组线，实现人工以及自动上下线生产考量，应用中需要制定最具性价比及适宜的工艺方案，并按照粗、精加工，立卧结合的方式执行，从而避免出现加工风险问题。

参考文献：
[1]周寅龙,罗胜阳. 发动机气缸盖加工工艺研究[J]. 机械制造,2020(3)
[2]姚远. 发动机缸盖加工专用机床的设计研究[J]. 三门峡职业技术学院学报,2018(4)

[3]刘超，张茂伟，吕玉红，等.基于离散粒子群算法的航空发动机总装工艺优化方法[J].航空发动机，2020，046