汽车发动机缸盖机加工线工艺设计及应用

林丛立

（玉柴机器股份有限公司，玉林 537005）

汽车发动机缸盖机加工线工艺设计及应用

林丛立

（玉柴机器股份有限公司，玉林 537005）

缸盖是发动机总成核心部件之一。本文主要从功能角度介绍缸盖各个部位的重要性，介绍缸盖材料以及整个机械成型的过程，概述其工艺特点以及存在的重点和难点，并结合现场操作，根据设备的不同、生产情况的不同，做出科学合理的选择，重点把握关键部位，灵活合理地安排工艺，以确保缸盖产成品符合产品标准。

汽车发动机 缸盖 加工线

本文将分析加工过程中的工艺特点，探索了解加工中面临的技术难题，以期推助整个行业的发展。

1　汽车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：（1）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；（2）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；（3）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　发动机缸盖的特点

发动机的缸盖结构主要包含以下两方面：第一，缸盖要确保足够的刚度和强度，以确保气体能够在压力和热应力的作用下稳定工作；第二，汽缸盖的形状是六面体，一般为多孔薄壁件，孔壁的加工数量能够达到100个，最薄的部分仅为3.5mm左右。

3　发动机缸盖的加工工艺

3.1缸盖材料简述

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手段/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。

3.2生产线工艺与设备概述

在近代机加工工艺中，铝合金缸盖生产线一般采用加工中心组成的柔性制造系统，且设备主轴大部分采用电主轴，主轴转速超过7000转以上。灰铸铁或蠕墨铸铁缸盖生产线一般有3种设备布置状态。（1）专用设备生产线，适用于大批量生产定型缸盖。在整个产品的生命周期内，要求此类产品更改少。这种生产线效率较高，刀具等运行成本低，但假如产品有设计变更，则需要对生产线设备进行比较麻烦的改造，改造的成本及工作量大。（2）加工中心+专用设备生产线，适用于在产品的全生命周期，不断有产品小更改的产品，是柔性与刚性的有机结合。（3）全由加工中心组成的柔性生产线，适用于产量较低或未定型的发动机产品生产。该生产线刀具等运行成本较高。加工灰铸铁或蠕墨铸铁的加工中心一般选用机械主轴。

针对缸盖柔性加工生产线，顶底面的加工可以选用立式加工中心完成，四侧面孔加工可以选用卧式加工中心完成。但对比卧式加工中心，立式加工中心的性价比更容易让用户接受。因此，多应用一次多件装夹以及在立式加工中心中置备第四回转轴的方式。事实上，在缸盖加工中，大量应用立式加工中心的配置也是投资成本更具优势的方案。

在生产线的总体布置中，比较常用的集中工序单元是“一”或“U”型布线。此外，作为高水平的工艺方案设计人员，必须严谨认真地考虑物流最短/最快、作业人员的人体工程学最优、线节拍平衡、投资与产出综合成本等。

3.3铝合金缸盖加工工艺的难点

3.3.1平面加工工艺

缸盖的顶面、底面以及进/排气面都是大面积的平面，所要求的平面度、表面粗糙度等精度比较高，且是全部工艺过程的基础。因此，要求机床有较高的几何精度和刀具调整精度。早期的缸盖大平面加工工艺，主要是运用硬质的合金刀片加工，并且融入金刚石的修光刃。现在，毛坯情况比较好，可以运用金刚石刀片的加工工艺，提高加工表面的精度[1]。

3.3.2高精度孔加工

缸盖上面的气门阀座、气门导管孔、挺杆孔和凸轮轴孔等，彼此之间的配合关系较为严格。加工过程中，要严格控制其表面的粗糙度、尺寸精度、位置精度等。因而，这些精度孔的加工工艺处于缸盖的核心工艺水准。

缸盖气门阀座与气门导管一般都是同时进给加工。这种方案的优势可以一次定位，从而能够减少重复和误差，保障气门阀座以及气门导管的的同轴度。有严格密封配合功能要求的气门阀座与气门锥面，对圆度及跳动有严格的要求；有运动件间配合要求的气门导管孔有很高的尺寸精度要求，且由于两者的材质不同，加工过程中对设备精度的选择、刀具材料及刀具结构的选用等有严格的控制。这将增大加工的总体难度[2]。

3.3.3缸盖挺杆孔、气门导管底孔加工

气门导管底孔尺寸精度要求较高，加工时一定要注意其加工精度的稳定控制。气门导管底孔尺寸精度假如控制不稳定，将严重影响气门导管与缸盖的紧配合度，从而影响发动机的可靠性。因此，加工过程中一定

要考虑精度的要求，以避免不必要的误差出现。

3.3.4缸盖凸轮轴孔的加工

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。

3.3.5缸盖加工过程中的毛刺

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　缸盖机加工工艺的注意事项

第一，为了有效控制工序质量，工艺总体设计时必须同步考虑工序加工后的检测。如在以毛坯定位的第一道工序后，应专门设计有跟毛坯定位夹紧一致的专用检具，按抽检频次对毛坯定位后加工件进行相符性检测，防止本工序铣/钻偏而严重影响后序的加工余量或壁厚。第二，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。一般的加工原则是先面后孔，粗加工和精细加工分散进行，从而使应力很好地释放。第三，为了避免缸盖的结合面出现划伤，一般结合面都运用精加工工艺，以防止后续工艺对其产生破坏。第四，对自动化程度高的生产线，最好附带夹具喷气检测和刀具折断检测，以避免不必要的损失。

5　结语

国外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，但其综合性成本偏高，一次加工投资金额较大。因此，根据实践，按照国内/外设备制造状态，选用不同的国内/外多型号的设备进行组线，按照粗、精加工，立卧结合的方式，优化资源配置，降低成本，减少不必要的投资，在实现人工以及自动上下线生产考量中，制定最具性价比及适宜的工艺方案。

[1]孙宏根.NSE发动机项目工艺规划设计创新技术研究[J].轻型汽车技术，2012，（Z3）：12-32.

[2]刘立波.发动机柔性制造策略及工艺探索[J].制造技术与机床，2014，（2）：23-56.

Automobile Engine Cylinder Head Machining Line of Process Design and Application

LIN Congli
(Yuchai machinery co., LTD., Yulin 537005)

Cylinder head is one of the core engine assembly parts, suc h as cooling and airway function to its i nternal structure is complex, this paper int roduces the importance of different parts from a functional perspective, the first si mple introduction of cylinder head material, and the wh ole mechanical m olding process, a n overview of the key and difficult point for all the process c haracteristics a nd existing, and combined with the si te operation, depending on the equipment, the production situation, make scientific and rational choice, the key to grasp the key parts, flexible and reasonable arrangement process, to ensure that the cylinder head finished goods in accordance with product standards.

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