分析发动机缸盖的机加工艺及加工难点

分析发动机缸盖的机加工艺及加工难点

陈振

玉柴联合动力股份有限公司 安徽 芜湖 241070

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；工艺

前 言：

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，具体功能如表1.所示。

表1.缸盖主要功能

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^[1]。

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]。

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。

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,2020,58(3):8-11.

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,2018,17(4):129-132.