发动机缸体缸孔曲轴孔及顶面的精加工工艺技术

黄海华

摘 要：本文研究对象是发动机缸体，涉及缸体顶面、缸孔及曲轴孔的精加工工艺。选用高速加工中心和珩磨机，配备定制夹具和辅助导向，并配以专用镗刀和珩磨刀具，加工中心重复定位精度控制在0.002mm以内，优化加工程序来保证加工精度，包括顶面的平面度和粗糙度，缸孔的圆柱度、平行度、垂直度和同心度，曲轴孔的圆柱度、直线度和同心度等内容。此类加工工艺技术能够提高发动机厂的缸体加工精度。

关键词：发动机缸体顶面；缸孔；曲轴孔精加工工艺技术

以4缸直列发动机为例，缸孔的同心度要求最高，应控制在0.002mm以内，各缸孔的圆柱度和平行度控制在0.01mm以内，缸孔相对于曲轴孔中心的垂直度控制在0.05mm以内。曲轴孔的同心度控制在0.025mm以内，各曲轴孔的圆柱度控制在0.006mm以内，直线度控制在0.0125mm以内。顶面平面度控制在0.05mm以内，粗糙度Rt控制在0.005mm以内，只有保证满足以上精度要求，发动机才会获得可靠的稳定性，因此需要进行高精度加工工艺技术。

一、缸体缸孔精加工工艺制造技術

发动机是汽车的心脏，而缸体则是发动机的心脏，缸孔加工精度的高低将会对汽车的性能产生巨大的影响。以直列4缸发动机为例，缸体（下称工件）装载进入加工中心（水平卧式）工作台，首先进行气检检查该工件时否水平放置，检查后液压油驱动工作台定制夹具对工件夹紧，最后调用镗刀开始加工。缸体缸孔内的缸套多采用合金铸钢，硬度高，可选用CBN（立方氮化硼）刀片，镗孔工序可安排为粗镗，半精镗和精镗，预留约0.05mm余量到珩磨工序。镗孔完成后，必须检查各缸孔的位置度和垂直度。需要注意的是，在粗镗加工时应对缸孔顶部做倒角处理，倒角宽度按照整机设计要求，倒角的目的是方便活塞的装配。缸孔高度允许存在误差，误差范围控制在0.02～0.03mm之间，超过这个区间，发动机性能可能会受到一定程度的影响[1]。

为实现缸孔要求的圆柱度、平行度和同心度，下面是对缸孔进行珩磨加工，珩磨工序可安排为粗珩、精珩和平台珩，为提升效率，设计同一工位两根珩磨头同时工作。需要注意的是，珩磨前清洁度和定位应做好保障，清洁度是用珩磨液喷嘴持续冲洗定位面，同时定位面设计气检工艺，如果有异物导致气检不良时即发出报警；定位是应考虑在整机中缸体上组装有缸盖，因此缸孔珩磨前可采用模拟缸盖，珩磨前组装在缸体上，珩磨后再拆除。以上两步可有效提升缸孔的精度等级。前述设计是两根珩磨头同时工作，因此必须在珩磨头上安装浮动主轴，同时在珩磨头下部安装导向挡铁来保障珩磨头能够正常进行工作[2]。

二、缸体曲轴孔精加工工艺制造技术

一般而言，汽油型发动机的最大转速是6000r/min，为了使曲轴孔满足精度要求，需要控制曲轴孔的直径误差，范围是±0.015mm以内。以直列4缸发动机为例，缸体（下称工件）装载进入加工中心（水平卧式）工作台，首先进行气检检查该工件时否水平放置，检查后液压油驱动工作台定制夹具对工件夹紧，最后调用镗刀开始加工。缸体曲轴孔的设计多为瓦盖与缸体组装而成，瓦盖材料采用合金铸铁，所以加工时刀片需要同时对应铝合金和铸铁两种材料，因此一般选用硬质合金刀片，镗孔工序可安排为粗镗和精镗，预留约0.03mm余量到珩磨工序。镗孔完成后，必须检查各曲轴孔的位置度和直线度。需要注意的是，在粗镗加工时应对曲轴孔两侧做倒角处理，倒角宽度按照整机设计要求，倒角的目的除去曲轴孔两侧的翻边和毛刺，防止曲轴轴瓦中进入异物导致抱死。另外，如果缸体上设计有曲轴后油封，那么后油封孔应和曲轴孔同时进行镗削加工，以保证同心度。

为实现曲轴孔要求的圆柱度、直线度和同心度，下面是对曲轴孔进行珩磨加工，珩磨工序设计为一根珩磨头两次往复加工。同样需要注意的是，珩磨前清洁度应做好保障，清洁度控制方法同上述缸孔珩磨工位设计。

三、缸体顶面精加工工艺制造技术

缸体顶面是连接缸盖的重要结合面，顶面加工的优劣直接影响到发动机的寿命，如果顶面加工精度不足，可能导致发动机油水混合，严重时直接导致发动机报废。缸体（下称工件）装载进入加工中心（水平卧式）工作台，首先进行气检检查该工件时否水平放置，检查后液压油驱动工作台定制夹具对工件夹紧，最后调用盘铣刀开始加工。缸体顶面多为纯铝合金材料，以起亚GAMMA缸体为例，选用直径250mm的京瓷盘铣刀，盘铣刀安装12片PCD切削刃和3片PCD修光刃，一次铣削完成，随后调用尼龙毛刷围绕顶面刷除毛刺和改善铣削粗糙度。顶面加工完成后，必须检查顶面平面度和粗糙度。同时，定期检查加工中心工作台定位面平面度和定位销磨损状态，以及检查刀片的磨损状态。

四、结语

发动机缸体的缸孔、曲轴孔、顶面加工是缸体加工线的重点品质工序，夹具和辅助导向的设计必须按照工件外形定制设计，加工中心重复定位精度必须定期检查。在刀具选择方面，应选用专用镗刀和满足对应铝合金、合金钢、铸铁硬度的刀具材料。在具体的批量生产上，控制好切削参数和精度偏差，同时在珩磨机加工完成后，应定期检查网纹平台率和网纹角度，所有这些保障缸体加工的精度水平以及满足整机装配要求。

参考文献：

[1]李文迪，王合增，杨红梅.精铣缸体底面钻铰定位销孔数控机床的研发[J].组合机床与自动化加工技术，2013，06：124-126+129.

[2]彭小敢.精铣顶面、精镗缸孔DKM042组合机床的研制[J].制造技术与机床，2013，07：49-51.endprint