论1.8 L发动机气缸体缸孔精加工工艺

陈承锐

（柳州五菱柳机动力有限公司，广西 柳州545005）

0 引言

随着我国经济的不断增长，汽车工业的不断发展，各汽车制造商在不断提高品质、性能和生产效率的同时，对发动机关键零件的加工工艺也在不断地进行探索，以保证发动机的高性能。对于汽车发动机气缸体而言，其精加工难度比较大的部分主要集中在气缸体的缸孔部分，在进行缸孔加工过程中，需要精度非常高的加工工艺。特别是乘用车的发动机气缸体缸孔，其精度的要求也就越来越高，为了更好的确保发动机的稳定性，就需要在发动机气缸体缸孔加工的过程中全面考量缸孔的精度，从而真正实现发动机的稳定运行。

1 发动机气缸体加工技术发展现状分析

汽车发动机气缸体的加工质量和生产效率决定着汽车的质量和企业效益，目前国内外都十分重视发动机的研发，通过一系列的开发与试验，以努力生产出高质量、高效率、低排放的汽车发动机，具备发动机核心技术。对于汽车发动机而言，气缸体是非常重要的组成部分，也可以说气缸体是发动机的心脏，缸孔的精度要求是保证气缸体质量的关键要素，所以缸孔加工精度对于汽车的性能影响是非常大的。目前发动机气缸体缸孔的缸径精度已达到00.013 mm，圆度0.005，圆柱度0.006的精度等级，汽车制造商在气缸体缸孔的加工设备、工装、刀具、测量上投入大量成本，规划设计产线采用柔性制造CNC设备，采用一次装夹的综合工装，使用进口刀具，并配置在线测量机和MES数据收集分析系统，以保证缸孔尺寸精度和稳定性。

2 发动机气缸体缸孔加工工艺安排

2.1 气缸体加工工艺安排原则

气缸体加工遵循的工艺安排原则[1]：

（1）首先从大表面切除多余的加工层，以保证精加工后切削造成的变形量小。

（2）容易发现气缸体内部缺陷的安排在前工序，减少不必要的加工浪费。

（3）把大孔径、深孔加工尽量安排在较前面的工序，避免因较大内引力，影响后工序的精加工。

2.2 影响缸孔精度的加工因素

影响缸孔精度的加工因素：

（1）工艺顺序。先切除气缸体顶、底、前、后四个大面大部分铸造加工余量，使气缸体铸造应力得到释放；在精加工缸孔前，将各个面的孔加工完成，以免加工近缸孔的其它孔时造成缸孔变形；主轴承孔的刚性较缸孔好，精加工时先加工主轴承孔，再加工缸孔。

（2）定位精度。主要是定位基准不准带来的工艺问题，主要表现在缸孔壁厚不均匀，镗削余量分配不均匀，导致加工过程出现不均匀的受力分布，难以满足孔径、圆度、圆柱度的精度要求。

（3）硬件条件。包括加工设备精度的保证和稳定性、工装夹具的刚性和定位精确、刀具的切削受力均匀。

气缸体缸孔的加工，主要采用镗削工艺。其工作过程是气缸体工件在工作台上固定不动，由刀具随着加工设备主轴旋转运动，靠主轴进给或工作台移动运动，从而实现镗削，通常使用微调镗刀、定位镗刀[2]。

2.3 气缸体缸孔加工工艺流程

气缸体缸孔加工工艺流程：

毛坯孔（φ72）→粗镗缸孔（φ77±0.2、Ra6.3）→半精镗缸孔（φ78.3±0.1、Ra3.2）→精镗缸孔（Ra1.6）→ 镗 止 口 （φ79.8+0.5、Ra1.6）→ 珩 磨 缸 孔（φ79+0.013）（见图 1）。

3 发动机气缸体缸孔精加工工艺技术要求

3.1 加工设备的选型

设备的选型要按照工艺设计的技术要求进行，明确设备要完成的工作，达到的产能、质量目标，柔性条件。根据技术调研、学习、制造商交流、同行对比、以往经验的积累和应用反馈，以及工艺设计优化的原则，进行工艺设计，把工艺设计成果应用在设备选型的具体技术要求中。加工中心作为标准数控设备其各个模块都已标准化，在柔性和可靠性上都得到了提升，性价比较高。

现代汽车发动机升级换代快，对生产线柔性化、可靠性、快速切换形成生产能力的需求越来越高，使加工中心在汽车行业广泛应用。依据1.8 L发动机气缸体产线JPH设定、缸孔质量要求、产品寿命周期、投入产出分析等条件，产线选择了DMG MORI卧式镗铣加工中心NHC6300设备（见表1）。

表1 设备主要技术参数

3.2 工装夹具的设计要点

工装夹具设计是在工件加工工艺设定后，按照工序的具体加工内容和要求进行的。工装夹具的设计质量高低，应以能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。保证工件加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和压紧、支撑点，同时设计工件定位装夹气密检测功能，保证工件定位准确，必要时还需进行定位误差和加工受力分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求[3]。工装夹具设计时应尽量采用各种快速高效的装夹机构，尽可能采用标准元件和标准结构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率，制造容易，以降低夹具的制造成本[3]。结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等。为保证工装夹具具备足够的强度和刚度，在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用锻造底板和液压夹紧装置。工装夹具还应排屑方便，必要时可设置排屑结构或大流量冲屑装置，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具。

1.8 L发动机气缸体缸孔精加工，为保证缸孔、主轴承孔、前后端面销孔之间的位置度关系（如图 2），将此加工内容设计在同一工序，设计一套专用工装夹具（如图 3），一次装夹，保证各尺寸之间的精度要求。气缸体缸孔是发动机工作气体压缩燃烧和膨胀的空间，并对活塞起导向作用，活塞通过连杆连接曲轴进行往复运动，曲轴是主轴承孔进行定位，缸孔表面是发动机磨损最严重的表面之一，若缸孔、主轴承孔之间的位置度精度无法保证，严重影响了发动机的质量和寿命。

图2 气缸体缸孔、主轴承孔位置度关系

图3 气缸体缸孔精加工夹具

3.3 加工刀具的设计选择

气缸体缸孔的精加工采用镗削工艺，1.8 L发动机气缸体是灰口铸铁材料，传统加工采用硬质合金刀片加工灰口铸铁最高线速度不能超过350 m/min，反之则会剧烈磨损。使用CBN刀片加工，最高线速度可达到1 500 m/min（不考虑机床刚性的基础上），而且保证高的耐磨性，和高的被加工工件的表面质量[2]。本次加工1.8L发动机气缸体缸孔采用MAPAL的刀柄和镗刀头（如图 4、图 5），CBN粗刀片4片（SPCTHD09T304D67L）、CBN 精刀片 2片（K1288-1213-FU895）。

图4 精镗刀头图

图5 组合精镗刀具图

3.4 缸孔精加工切削举例

以1.8 L发动机的气缸体缸孔精加工为实例，来说明设备、工装、刀具设计选择，保证缸孔加工尺寸精度和生产效率。

气缸体名称：LJ479QE2四缸直线型气缸体；材料牌号为HT250。

工件外形尺寸：400 mm×360 mm×290 mm；工件硬度为180～230 HB。

加工设备：DMG MORI卧式镗铣加工中心NHC6300机床；工装：专用夹具。

刀具：MAPAL精镗刀。

切削参数：转速S2200 r/min、切削进给F500 mm/min、走刀深度H153 mm；空走进给F2000 mm/min、安全空走深度H15 mm；退刀和移动进给F30000 mm/min、距离 L1312 mm。

加工节拍：时间 Tc=（153/500*4+15/2000*4+1312/30000）*60=78 s

生产现场采用《中位数控制图》进行控制，操作人员加工完成自检测量，通过内径千分表读取数据，直接在控制图中打点，通过中间点，作出折线图，省去繁琐的计算，操作简单。在加工生产过程中，每次抽检连续生产的5件，图表上的数据是同一台设备加工同一个缸孔的数据。工艺技术人员通过收集生产现场的《中位数控制图》，利用X-R控制图对缸孔精加工工序能力进行分析，求出Cpk值，Cpk值>1.33，生产过程能力充分。

4 结束语

综上所述，为保证1.8 L发动机气缸体缸孔的精加工工艺技术要求和生产效率，合理选用加工设备、设计制造工装夹具和刀具，应用柔性制造技术和切削新材料，达到高性价比的工艺方案。但仍然需要进一步的学习和优化，从而更好地向智能制造迈进，提升企业机械加工产品的工艺水平。