发动机缸体粗加工工艺及缸孔夹具结构的改进

摘要：我公司生产的发动机缸体，前期毛坯粗加工后，端面对B基准垂直度要求合格率较低。在后期生产中，经过分析、研究，发现主要是因为加工工艺及夹具涨芯结构设计存在问题。针对存在的问题采取了相应的解决措施，取得了满意的效果。

关键词：缸体;加工工艺;夹具涨芯结构改进

中图分类号：TG53    文献标识码：A    文章编号：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

汽车发动机缸体是汽车零部件生产中主要配件之一，长期以来，缸体毛坯生产出来后，主机厂为了提高缸体精加工效率，大都要求缸体毛坯生产厂家，提供粗加工后的毛坯，一是减少主机厂精加工余量，提高生产效率，二是将一些毛坯浅表面铸造缺陷控制在毛坯厂家。

我公司铸造厂生产的一款汽车发动机铸铁缸体，也是应主机厂要求，毛坯生产后，增加粗加工工序。对缸体缸底面、缸顶面、前后端面、缸孔、曲轴孔及开档面进行粗加工^[1]。以下是缸体简图图1所示。该件的粗加工内容主要是上下左右四个大面、缸孔、曲轴孔及曲轴开档面。

1 前期的加工工艺及缸孔夹具结构设计

1.1 加工工艺

（1）OP10：以缸顶面上三个A基准定位，粗铣缸底面;（2）OP20：以OP10加工后的缸底面及毛坯缸孔定位，粗铣缸体两端面;（3）OP30：以OP10加工后的缸底面定位，粗铣缸顶面;（4）OP40：以OP10加工后的缸底面及毛坯缸孔定位，粗镗缸孔;（5）OP50：以OP：30加工后的缸顶面及OP40加工后的缸孔定位，粗铣曲轴孔;（6）OP60：以OP：30加工后的缸顶面及OP40加工后的缸孔定位，粗铣开档面。

1.2 夹具—缸孔涨芯夹具

缸孔涨芯夹具简图2所示。

OP20工序铣端面及OP40工序镗缸孔，这两道工序都是液压夹具，其中工件B基准方向和C基准方向的定位、夹紧都是靠缸孔涨芯夹具完成的。

（1）OP20工序：以OP10加工后的缸底面定位工件A基准（工件上下）方向，以毛坯缸孔定位工件B基准（前后方向）和C基准方向（左右方向），粗铣缸体两端面。（2）OP40工序：以OP10加工后的缸底面定位工件A基准（工件上下）方向;以毛坯缸孔定位工件B基准（前后方向）和C基准方向（左右方向），粗镗缸孔。在上面OP20工序和OP40工序中，毛坯缸孔作为粗基准定位，分别在两道工序中使用了两次。

1.3 按以上工艺及夹具设计，实施生产后经常出现的问题

OP20粗加工后的缸体两端面和B基准方向（1缸孔和4缸孔中心连线）垂直度超差，即两端面和缸孔中心连线铣斜了。导致在主机厂，以粗加工后的缸孔B基准定位，精加工缸体两端面时，虽然有约2mm的精加工余量，但还是，时有发生局部端面铣不出的现象，多次造成客户抱怨。

2 存在问题的原因分析

在多次出现缸体端面铣斜，导致主机厂端面局部铣不出的问题之后，我们组织生产、技术及质量相关人员，跟踪整个加工过程，从人、机、料、法、环几个环节进行分析研究，得出导致出现以上问题的主要原因，有以下两方面：

2.1 工艺问题

导致缸体两端面和B基准方向垂直度超差，主要是在OP20工序铣两端面及OP40工序镗缸孔两道工序，B基准方向定位都是以毛坯缸孔定位的，粗基准被分别用了两次。正常机加工工艺中，毛坯粗基准只用一次，在这一次使用后，产生后面各道工序加工中使用的精基准。因为，毛坯粗基准，尤其是圆形缸孔毛坯面上，经常存在积瘤高点及未清理干净的披缝等不平整现象。不同工序夹具，比如上述OP20及OP40缸体涨芯夹具，两次装夹时，和毛坯接触点位置会有一定的偏差，不会完全重合。因此，两道工序夹具接触定位点误差，会导致上面所述的，OP20工序加工的端面和OP40工序加工的B基准的垂直度超差问题，也就是缸体端面相对B基准铣斜了。

2.2 夹具问题

上述OP20及OP40夹具中缸孔涨芯原先的结构图3所示。

夹具涨芯触头和缸孔内表面粗基准接触是个小平面，接触面相对较大。对于缸孔毛坯面来说，表面平整度较差，接触面积越大，特别是在不同工序装夹位置不完全一致的情况下，夹紧误差以及加工误差就会越大。

从上述分析中，可以看出，OP20及OP40两道工序中，重复利用缸孔粗基准定位的工艺问题，以及两道工序中夹具涨芯触头结构不合理问题，是最终导致缸体在粗加工过程中，缸体两端面相对B基准（缸孔中心两线）垂直度超差的主要原因。

3 解决措施

根据以上分析结果，我们有针对性地分别从工艺和夹具两方面进行了改进^[2]。

3.1工艺顺序改进

将原工艺顺序中的OP20工序加工缸体两端面和OP40工序粗镗缸孔顺序对调。先加工缸孔，再以加工后的缸孔定位加工两端面，使这两道工序中，缸孔粗基准只使用一次，即粗镗缸孔时使用一次，后面铣端面时，就是变成利用加工后的缸孔定位，精度大为提高，也符合正常的加工工艺要求。

3.2 改进夹具涨芯结构

将原涨芯触头和缸孔内壁小面接触，改成点接触，减小触头和粗基准的接触面积，减少因为毛坯接触面不规则带来的夹紧误差和加工误差。改进后OP20及OP40夾具中缸孔涨芯结构图4所示。

工艺和夹具调整后，我们又进行了多次加工验证，缸体两端面和缸孔连线（C基准方向）垂直度合格率都控制在公差范围内，加上粗加工留给客户的较大精加工余量2mm.已有一年多未在客户处，反馈缸体两端面精加工余量不足问题。工艺和涨芯的改进取得了满意的改进效果。

4结语

汽车零部件生产中，缸体粗加工非常普遍，将此例加工过程和夹具改进写出来，与大家共享。

参考文献

[1] 金延安，洪方明.发动机缸体加工基准的选择[J].现代零部件，2010（8）：78-79.

[2] 向文俊.发动机缸体加工粗基准选择与定位方式的研究[J].组合机床与自动化加工技术，2013（7）：97-101.

收稿日期：2019-07-23

作者简介：赵成勇（1962—），男，安徽合肥人，大专，毕业于合肥工业大学，工程师，研究方向：机械加工。

收稿日期：2019-06-28

作者简介：吴旦钧（1984—），男，浙江嘉兴人，本科，中级工程师，研究方向：物联网应用。

：铁道运输。