汽车发动机缸盖加工工艺探讨

张丽华

摘要：发动机是整个汽车的重要组成部分，是保证汽车正常运行的重要动力。缸盖则是汽车发动机的核心部件，而这个部件的工艺将直接关系到发动机运行的性能。缸盖的组成结构非常复杂，所以在缸盖的加工过程中必须保证其精度和质量，从而有效提升发动机缸盖的产品质量。本文通过概述气缸盖的材料和缸盖加工工艺的注意事项，并根据实际情况提出汽车发动机缸盖加工工艺，以便为实现汽车加工制造企业的共同目标提供理论依据。

Abstract： Engine is an important part of the whole vehicle and an important power to ensure the normal operation of the vehicle. Cylinder head is the core component of automobile engine， and the technology of this component will be directly related to the performance of engine operation. The composition and structure of the cylinder head is very complex， so its accuracy and quality must be guaranteed in the machining process of the cylinder head， so as to effectively improve the product quality of the engine cylinder head. This paper summarizes the materials of cylinder head and the precautions of cylinder head processing technology， and puts forward the processing technology of automobile engine cylinder head according to the actual situation， so as to provide a theoretical basis for realizing the common goal of automobile processing and manufacturing enterprises.

关键词：汽车;发动机;缸盖;加工工艺

Key words： automobile;engine;cylinder head;processing technology

中图分类号：U464.12                               文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）24-0115-03

0  引言

发动机缸盖是汽车发动机的重要组成部分，其加工过程因复杂的结构而非常繁琐，并且要求具备较高的加工精度，否则将会让汽车发动机的综合性能受到影响。通常在汽车正常运转的过程中，发动机缸盖的主要功能配汽供油。故为保证发动机始终保持在最佳的运行状态，便必然要对发动机缸盖工艺提出严格，以此让发动机能够正常运转。

1  汽缸盖材料概述

通常汽缸盖在受到高温高压作用的时候很容易受到较高的热负荷。因此，为了让汽缸盖具备良好的密封性，则不能让汽缸盖受到损坏或者是出现变形的情况。当前为了保证发动机汽缸盖的强度和刚度，则主要选取的是铝合金、灰铸铁和蠕墨等材料进行制作。铝合金材质一般被应用到汽油发动机上面，而灰铸铁和蠕墨則主要是应用于柴油发动机上面。这样因为铝合金具有良好的导热性，所以能够让发动机的压缩比得到有效提高。同时，因为铝合金具有良好的铸造性能，所以适合用于结构复杂的零件浇铸中。

2  汽车发动机缸盖加工工艺的注意事项

对设计工作人员而言，针对汽车发动机缸盖的设计过程主要有如下几方面需要关注：首先是对工艺流程的制定，除了要保证流程的完善及各项参数需维持在合理范围内之外，尚要在加工期间避免收到外界不利因素的干扰;其次是针对加工过程中可能面对的问题，如因机械故障导致的加工途中中断等。为避免以上状况的发生，需在实际作业开始前首先检测好相关的工件与设备，以此来保证最终产品的完工质量。在此最后则是在完成汽车发动机缸盖的毛坯定位工序后，需对相关铸件予以全方面的检测，而在检测过程中需尽量避免采用钻、切割等工艺，以免对工件后续的使用造成影响。最后则是要保证加工的精度来为后续各线工作的开展提供支撑。由于汽车发动机缸盖的内部结构极为复杂，加之在具体的加工过程中还将无可避免的收到诸多外界因素影响。如重力、摩擦力、内应力等。故为避免因受外力影响而导致的缸盖变形，需严格划分汽车发动机缸盖加工过程的细加工与粗加工。两者分开进行方能让缸盖的内应力得到良好释放并保证最终的完工质量。

首先，准确定位选择基准。为实现对汽车发动机缸体加工工艺的合理优化，首要之务便是要总结大量过往与之相近的工艺资料，通过对工艺资料的总结来明确相关基准。如此一来，后续的工件编程参考书设计也将更具合理性。不仅如此，当有了更为精确、科学的工件编程参考书，也将避免技术人员在加工缸体结构时，因参考资料的不完善或是不准确而出现偏差。要知道汽车对每一项工件的精密性要求均是极为苛刻的，任何一丝微小的误差势必将导致最终定位出错。由此可见，参考资料无疑是极其重要的内容。而鉴于参考书的重要性，故为避免更多误差或设计上的失误出现，相关程序也应尽可能地简化，这当是确保资料编纂精确度的有效手段。除此之外，在建立了精确的缸体模型后，实体模型的制作也当引起设计者的高度关注。对于模型的铸造，除了要确保材料的质量外，亦需考虑到各部分铸件，尤其是内腔，因内腔不仅包含众多铸件，且结构也十分复杂，故也需投入更多的关注度。

其次，恪守缸体结构部件加工原则。有关汽车发动机缸体组装每一项作业都是十分复杂的。就如同圆筒加工这种看似十分简单的作业，其内所涉及到的工序也有数十道。当然，在汽车的发展历程中，有关铸件的加工也已形成了相关的准则，该准则不仅明确了加工的标准顺序，也对加工的类型予以了明确的划分。至于加工的具体原则则大致分为两项，分别是粗加工、精加工。其中，精加工不仅包含了粗加工原则提到的粗加工的作业对象主要是毛坯以及查找零件内部是否有缺陷并及时加以修复外，尚有两项粗加工未能提到的原则，分别是加工优先以及合理设置。所谓的加工优先，也便是在开展零件加工作业的同时，除了要保证加工的精确度外，尚要尽可能避免加工过程受内应力的影响。而合理设置则是提醒设计人员需做好缸体的检验以及后续的巡查工作，尤其是后续的密封试验，规范化的工序方能避免工件受到污染，进而确保零件加工质量。

再次，科学选用刀具。由于汽车发动机所使用的铝合金材料，其熔点与硬度均属于较低水平。故在受到切削时也难免会产生积屑瘤。关于积屑瘤，若不能完善处理势必会导致工件的精确度降低。因此，加工中心还需合理运用湿加工技术，利用附冷孔的加工刀具来减少积屑瘤。与此同时，考虑到刀具始终处于高速运转的状态，长时间工作也会快速磨损，故实现自动换刀对保证加工效率而言亦有重大意義。

再者，因缸盖的结合面在汽车发动机缸盖整体工艺加工中可谓极其重要的部分，故为避免此部分工艺受人为或外力因素影响到导致最终的加工精度受损，则需通过将精加工工艺运用到缸盖结合面的方式来表面后续工艺对缸盖结合面造成破坏。

最后，基于自动化的生产流水线、尤其是对汽车制造企业而言，专业人员的实时管理与监控必不可少。故为避免影响产品的加工精度，需由专业人员操作精密仪器来监督设备工作的全过程，以便及时补正并消除各方面影响。

3  汽车发动机缸盖加工工艺

3.1 合理选择发动机数控制造工艺

合理的汽车发动机缸盖设计，需在前期首先对各参与加工工件的参数及设备状态予以统筹了解，而后对仪器设备的运行状态予以全方位的检测并合理衔接各阶段的加工工序来保证工件的完工质量。而后对于每一道工序完成后的检测，需将问题及时上报与反馈至相关部门进行调整。如此方能在保证工艺流程的完整与顺畅性同时最大限度提升产品的加工质量。

数控机床当属汽车发动机缸盖加工过程中最重要的设备。而鉴于数控机床在整个汽车发动机缸盖的加工过程中需持续工作较长时间，故对操作人员的技术水平也有着极高的要求。至于具体的操作过程，除了需严格控制加工的尺寸、公差等重要因素外，尚要合理划分加工路线，如那些加工路线需要采用精铣工艺，而那些部分则需要采用粗铣工艺。在合理划分好路线并具体实施过程，便可去除掉部分需手动编程进行切削的部分，以此在保证各部件尺寸的合理性同时确保部件刚性。当然，鉴于在加工产品型面时可能面临的复杂要求。此时便需采用粗铣的方式来完成。至于两种不同的加工程序，两者虽有明显差异却也有一定的共通点。因此，二者均可作为加工程序并在主程序的辅助手段下确保缸盖加工能更好的完成。

3.2 确定汽车发动机缸盖走刀路线

在发动机缸盖复杂的内部结构下，其对加工的精度要求非常高，这也增加了加工的难度性。缸盖的内应力常常会呈现出不稳定的分布状态，从而导致缸盖在加工的过程中一旦受到强大外力的影响而出现变形的状态，让缸盖的加工精度受到严重的影响。因此，在确定汽车发动机缸盖走刀路线的时候，应该将面和孔在检测和加工时的先后秩序直接分开，再对孔进行加工处理，这样将精细化加工和粗加工分散相结合，便能够让缸盖的应力得到最大限度的释放，由此保证缸盖加工的精度性。

对于汽车发动机缸盖走刀路线的明确，需首先对发动机的数控制造工艺予以准确把握，而后便是根据加工路线的工艺形式来选择适宜的走刀路线。通常而言，走刀路线有圆周洗铣和铁铣两种。其中，圆周洗铣最为简单，且该洗铣方式能在保证走刀过程快速完成的同时避免受外力影响而导致的金属形变。但是这种方式并不适合应用于金属形变的控制。通常铁铣在操作过程中需要花费较多的人力和物力，操作方式非常复杂。因此，根据汽车发动机缸盖加工精度差和刚性好的特点，其在进行人力资源和加工成本对比时便能够发现圆周洗铣的走刀路线更适合应用于汽车发动机缸盖的加工过程中。

一般在粗铣加工路线实施时需要将缸盖表面金属的较大余量去除掉，这样选择刚性和优良的刃具去切割金属，这样便能够更好的保证发动机缸盖的加工效果。在进行切割时最好选择玉米铣刀，这样才能够更好的保证加工效率。同时，由于缸盖中的延伸机匣因在受力的时候很容易导致金属零件发生形变的特点，其整个结构非常复杂，所以可合理选择精铣加工路线。

在选择走刀路线时能够有效防止金属出现形变的特点，从而让各个金属零件的轴向受力，其延伸机匣部分则可以选择铁铣走刀路线。

3.3 建立汽车发动机缸盖物理模型

随着现代计算机技术飞速发展，自动化技术逐步被应用到汽车加工制造行业中。但是，由于自动化技术在应用时也会因为机床运行状态和人员操作不当而导致产品加工受到严重影响。因此，我们在进行设备状态和产品工艺分析和检测的时候不能够完全依赖于自动化生产线，这样才能够保证加工工件真正满足广大客户的需求。同时，在加工汽车发动机缸盖的时候，应该通过创建物理模型来简化分析过程，让机匣表面的孔能够更加简化。尤其是尚未涉及到的机匣表面的加强筋，其计算结构相比实际工艺实施过程的变形量较大，这样在计算工装设计强度的时候则并不会对设计主体产生较大的影响，让整体的过程变得更加简化。

采用六面体占优的网格化形式来进行汽车发动机缸盖物理模型划分，这样便能够获得更加精确的网络结构。在对发动机的缸盖物理模型进行网格节点数划分后，其形成的节点单元数便能够真正完成汽车发动机缸盖物理模型。

3.4 分析加工发动机缸盖过程的载力

缸盖的结合面是缸盖非常重要的组成部分，而这个部分如果一旦被划伤或者是被破坏，便会直接让缸盖的产品质量受到影响，甚至还会严重影响缸盖加工工艺的精度和准确度，降低发动机的效能。这样在发动机缸盖对面的加工中采用精加工的方式，并統筹做好工艺加工对结合面的检测和保护，则能够有效保证加工的精度和加工质量。

在构建汽车发动机缸盖物理模型时，应该全面深入的分析物理模型所展开的载力。尤其是在利用铣刀进行缸盖金属零件加工的时候，可向端面适当施加一个内向的力。例如，假设此载力为30N时，应该深入分析发动机缸盖的静力影响。同时，通过应用ANSYS优化方法在30～39N之间选取10个数据点，以便在进行不同力的研究之后，其铣刀便会对发动机缸盖产生形变效果。

汽车发动机缸盖物理模型在使用铣刀之后也会发生一定的形变，所产生的影响趋势将会直接呈现出上升的趋势。因此，铣刀对缸盖所产生载力越大的情况下，缸盖所产生的变化值也就越大，所以在进行汽车发动机缸盖加工时必须在铣刀的载力下进行。

3.5 缸体加工的质量控制

通常而言，以下四方面均有可能对缸体的加工质量产生影响：首先是加工设备本身，若加工设备本身未能调试精确，势必会导致误差的产生。而当加工设备本身存在误差，必将对工作台的运动轨迹精度带来影响。其次是夹具方面，若夹具的夹紧力不稳定，则会影响到夹具的定位。再者则来自于刀具对缸体质量的影响。若是刀具方面的影响，则可能源自于刀片本身的材质以及切削的冲洗位置。最后则是工艺的合理性。上文中我们提到，保证缸体加工质量的关键便是要控制好各部件加工的合理性。诚然，若加工过程本身不合理，势必会影响到后续一系列的操作步骤。加之工件的加工亦有先后之分，若枉顾加工顺序也势必会对缸体整体质量带来不可挽回的影响。如针对某主机厂当前所使用的1.6L机型交精体加工线，合理采取以下两套技术方案方能实现对加工质量的有效控制。

其一，采用MARPOSS装置。采用该装置的核心目的当是为避免定位误差的出现。就该公司所使用的1.6L机型交精体加工线而言，镗铣加工中心为WH50TFC卧式，该加工中心的主要运动结构是围绕Y轴可沿着X、Y、Z三个方向移动。可见该中心包揽了缸体加工的诸多核心。因此，通过采取MARPOSS装置来减少定位误差，也便是提升加工工艺的精度，从而实现对加工质量的良好控制。至于具体的设置则可在关键的四道工序中分别添加T25+WRP45式样和T25+WRP60式样的MARPOSS装置。借助该装置的基准模块与基准孔，辅以WRP发射器与接收器的测量结果来确保发送给加工中心的数据精确无误，由此确保后续加工的稳定性。当然，在此过程中，有关侧头测量基准点的清洁必须得到保障，如此方能确保采取数据的精准程度。

其二，采用曲轴孔自动测量机在线检测和反馈。据上文所述，汽车发动机的上缸体主要由曲轴瓦盖与底缸体两部分组成。其中，曲轴瓦盖的核心部件主要是轴孔测量机。为保证曲轴的孔膛满足孔径的要求，需借助加工中心采集到的测量结果，通过加工中心内置程序的调配，在检定是否需要调整镗刀后再进行后续的作业。由此便可保证镗铣加工的品质并在检测到不良情况时及时发出警报来提醒人员及时调整。至于镗刀的具体调试，在加工中心给出镗刀需要调整的判断后，可通过调整连接镗刀的相关装置来保证公差值在合理范围。值得注意的是，镗刀的调整只能进行细小的微调，如若不然将容易导致孔径脱离公差中值并影响到最终的完工质量。

3.6 优化缸体加工生产线布置形式

有关生产线的布置，可通过三种形式予以优化。其一，设置单品种的生产线，该生产线主要通过手动的方式布置。该布置方式优点在于成本较低且加工工艺有与之相对应的专机，故具有较高的可靠性;其二是机床与专用机床组合的自动化生产，由于是自动化生产，故生产的效率有一定保障。其三则是配以高速加工中心实现镗刀的快速更换以及搭配高转速的多轴来实现批量化的生产。该形式效率最高但也需要较高成本，故需企业根据自身实际合理选择。

4  结论

总之，随着现代科技快速发展，逐步对加工制造行业的产品质量和工艺水平提出了较高的要求。尤其是汽车制造行业的发展过程中，发动机是汽车动力输出的重要途径，而发动机的关键部件因自身结构的特殊性和复杂性而对加工工艺的要求较高。因此，发动机缸盖的产品质量和工艺精度将会让发动机的运行效能和整体性能受到影响，所以便需要优化生产线、加工精度和技工流程，这样才能够有效保证发动机和汽车的整体性能，从而逐步推动制造行业更加稳定健康的发展。

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