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浅谈汽车发动机缸盖加工手艺

发布时间:2022.06.17
信息摘要:
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,其位于发动机上部,借助螺栓、缸垫与气缸体牢固合体。缸盖用于封闭气缸并构建发动机的燃烧室,同时作为发动机的配气机构及相关部件的装配基体,所以缸盖加工工艺十分复杂标准要求较高,因此,不断追求最佳的加工工艺是业界的一致目标。

        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,其位于发动机上部,借助螺栓、缸垫与气缸体牢固合体。缸盖用于封闭气缸并构建发动机的燃烧室,同时作为发动机的配气机构及相关部件的装配基体,所以缸盖加工工艺十分复杂标准要求较高,因此,不断追求最佳的加工工艺是业界的一致目标。

浅谈汽车发动机缸盖加工手艺


一、加工工艺详述及优化

1、制造材料

        在发动机生产领域,我们通常以灰铸铁、铝合金、蠕墨铸铁来做缸盖材料。当前,柴油机通常使用蠕墨铸铁或灰铸铁,而汽油机则较多使用铝合金,市场上有少量小型柴油机也采用铝合金材料。铝合金导热性好,有利于提高压缩比,进而提高发动机效能。在节能环保理念的推动下,人们对汽车发动机的节能减排要求不断提高,驱使着包括缸盖在内的汽车发动机材料不断优化。以前,柴油机四气门缸盖气门间裂纹的情况时有发生,后来随着蠕墨铸铁的应用推广,这一问题得到了良好的解决。

        在缸盖加工领域,由于灰铸铁、铝合金、蠕墨铸铁三种材质的特性不同,其加工效率也不同。就加工效率而言,三种材质中以蠕墨铸铁效率最低,而铝合金效率最高。

2、加工生产线与工艺

        在汽车发动机缸盖加工领域,柴油发动机常用的蠕墨铸铁或灰铸铁缸盖生产线布置通常有三种:

        ①为专用设备生产线。其拥有加工效率较高、刀具等运行成本较低的优势,通常用于定型缸盖的大批量生产;劣势在于一旦需要改变产品设计,则改造成本非常高。

        ②加工中心+专用设备生产线,通常用于持续有小幅调整更改的产品,其改造成本可以很好地控制。

        ③由加工中心组成的柔性生产线,通常用于生产未定型发动机产品或产量较低的产品,其劣势在于刀具等运行成本较高。在当今的铝合金缸盖加工工艺中,生产线通常为加工中心构成的柔性生产制造系统,设备主轴多采用电主轴,主轴转速通常都定在7000r/mm以上。对于柔性加工线,顶底面加工可采用立式加工中心完成,而四侧面孔加工则可采用卧式加工中心完成。基于柔性加工线的成本分析,立式加工性价比较高,因此比较受用户欢迎。在缸盖加工中,加强立式加工中心的配置无疑可以获得更好的成本优势。

        对于生产线的总体布置,通常集中工序单元采用“U”型布线,与此同时,在进行工艺方案设计时,必须充分考虑到物流、投资与产出综合成本、人体工学最优化等诸多因素。

二、铝合金缸盖加工工艺的难点及优化

1、平面加工

        从缸盖的内部结构来看,大平面较多,进、排气面和项面、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。

2、高精度孔加工

        缸盖有气门导管孔、凸轮轴孔、挺杆孔等高精度孔,彼此间配合严密,因此加工时要严格把控其表面的粗糙度、位置及尺寸精度等。在进行加工时,缸盖气门导管和气门阀座是同时进给加工,要做到一次到位,以减少误差,保持气门导管与阀座的同轴度。具备密封配合要求的气门阀座和锥面,对圆度及跳动有严格要求;有些气门导管孔有运动件间配合要求,因此其尺寸精度要求特别高,且由于两者的材质不同,所以在加工过程中,应注重刀具材料选用等。

3、气门导管底孔加工

        气门导管底孔的尺寸精度要求非常高,因此加工时应注意考虑精度要求,避免误差出现,应注意精度控制,一旦控制不稳定,将影响气门导管与缸盖的配合度,进而对发动机的可靠性造成影响。

4、凸轮轴孔加工

        作为缸盖中的最长孔,凸轮轴孔如运用调头加工(或分段加工),虽可降低机床设备的要求,也基本可保障加工精度,但无法满足凸轮轴孔对同轴度的加工要求。所以,加工时应尽可能保证一次成型。

5、缸盖加工毛刺的优化

        众所周知,缸盖所用的铝合金材料是塑性材料,加工中难免出现毛刺。解决毛刺问题的关键在于:一是加工中首先要选取合适的参数,二是提高工件材料的硬度。在加工过程中,通常运用高压水或尼龙刷来去除和弱化毛刺,这些操作有一定危险性,需要确保人身安全。

三、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。

            

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