浅谈发动机缸盖机加工工艺与技术要点

潘立强

摘要： 发动机缸盖在发动机中是不可缺少的零件，对发动机起到了保护和启动的作用。随着自动化的不断渗透，发动机机加工工艺也在变化，加工工序不断更新，本文主要阐述了发动机缸盖的粗加工工艺和缸盖的机加工工艺难点和注意事项，并且提出了发展发动机缸盖机加工艺的关键要点，希望更好地发展自动化技术应用到发动机缸盖加工工艺上去。

Abstract： The engine cylinder head is an indispensable part in the engine， which plays a role in protecting and starting the engine. With the continuous penetration of automation， the engine machining process is also changing and the machining process is constantly updated. This paper mainly expounds the rough machining process of engine cylinder head and the difficulties and precautions of cylinder head machining process， and puts forward the key points of developing engine cylinder head machining process. We hope to better develop automation technology and apply it to the machining process of engine cylinder head.

关键词： 发动机缸盖;机加工工艺;机加工技术

Key words： engine cylinder head;machining process;machining technology

中图分类号：TH1;U46                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0095-02

0  引言

缸盖是发动机的的重要组织之一，它安装在缸盖缸体上方位置。发动机缸盖从上部密封气缸并构成燃烧室，经常与高温高压燃气相接触，因此承受巨大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的汽缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通，利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。

1  发动机缸盖结构特点

发动机缸盖结构包括缸盖本体，本体上设置有进气道、排气道、燃烧室和凸轮轴室，底部平面经汽缸衬垫，用螺旋固定并且紧拴在气缸体上。它的特点是：具有足够的强度和硬度，装备基体通过定置气门发动配气机构，保证缸盖在气体气压和热应力的作用下，能够安全地工作。缸盖形状大多为六面体，多孔且薄，在缸盖加工上的数量最多能达到100个，铸造最薄处只有4.5mm。

2  发动机缸盖的粗加工工艺

发动机缸盖加工工艺第一步是发动机缸盖的粗加工工艺，在整个粗加工过程中需要注意如下流程：首先选择合适的缸盖材料一般采用灰铸铁或者合金铸铁铸成，由于铝合金的导热作用更加好，所以近幾年以来铝合金缸盖得到广泛应用，在实际发动机应用中采用铝合金材料也大大地减少了整机的重量，但是铝合金由于刚度差在使用过程中容易出现变形现象;其次在建造缸盖毛坯时要注意采用铸造成型的手艺，建造机器浇铸单元，大量生产发动机缸盖时进行乳化冲洗减少过热烧坏道具，也利于加工切削出来的金属屑物的排出，由于科技的不断进步，缸盖毛坯可以快速成型，机械流水线上快速成型，对缸盖毛坯的具体要求是缸盖毛坯不能裂痕、采用刚度比较结实的原材料、表面针眼分布均匀、沾沙处理工艺，保证缸盖毛坯紧凑光滑，缸盖毛坯在快速成型的过程中失败率极低，这也大大降低财产损失;最后在加工环节中要保证浇铸受冷均匀，如果不加以重视，会导致毛坯部件部分表面疏松的现象，注意时刻检查浇注温度以免出现失败缸盖。所以在发动机缸盖的粗加工过程中应当注意每一个流程，正确并且认真操作，保证缸盖运用的协调性，以免引起各种不良现象。

3  缸盖的机加工工艺难点和注意事项

3.1 平面加工工艺

在缸盖生产加工过程中对平面加工工艺的要求极其严格，平面槽型凸轮在顶视图、边视图反复检查下，进行刀具路径模式，才能进一步操作[1]。采用螺旋下刀方法，因为此下刀方法不会对工件造成振动影响，也达到了保护刀具的作用。平面加工中也可以采用自动换刀方式，这样做既可以节省时间也方便了缸盖的加工，避免反复换刀带来的数据偏差。采用气枪吹气代替切削液冲洗，用气枪达到散热和保持生产流水线表面的清洁，防止生产线生锈。缸盖工件完成时不能快速卸下，因为此时生产线还在高温状态下，轻易卸下会导致手部烫伤和工件的变形，等待工件温度退散取下量取工件尺寸，再根据半径和长度磨耗进行一改到位。要注意在平面加工时，下刀位置选择恰当，下刀位置如果选择不当，会导致整体缸盖报废。

3.2 高精度孔的加工

机械加工过程，有时会对一些位置精度和同轴度要求极高，零部件在这时要进行高精度孔的加工[2]。以工件的中心通孔圆心为坐标，进行定位基准，要求孔的圆心在与工件的中心通孔直径延伸重合，在加工中心上确定好第一个孔的坐标位置，进行钻孔加工直径。钻孔完成以后要测量有无误差，确保钻孔位置和实际理想位置出现的偏差数据保持在2mm以内，使用修光刃道具进行打磨。小孔的高精度加工要求轴度与底部垂直度保持在0.03mm，专用工装前端安装支持座，保证小孔在打造时更加精准度。

3.3 缸盖气门阀和导管底孔的加工

在这一部分的加工中直接影响了发动机的工作性能。发动机工作时由于可燃气体是在缸盖燃烧室压缩后进行点燃，致使气门阀会有很高的温度所以这要求缸盖气阀门必须能够够承受住很高的热负荷和耐磨性，并且还要具有很好的密封性。阀门杆在工作时中心容易发生偏离，导致导管底孔进行损害，因此在制造缸盖气门阀需要计算工作中偏离的方向和偏离数据。在大批量生产缸盖时注意同轴准差规定，因为底孔同轴数据出现误差会导致气门阀座和导管孔精加工余量分配不均，进一步影响终加工精度。为保证阀座和导管孔底孔的同轴度公差，要稳定保持公差数据，要正确选择定位基准的位置。实际工作中采用了专用复合刀具，并且分钻扩、半精镗、和精镗等三道工序进行加工，精镗为其中的中心环节，在进行精镗工艺加工时，为了增强细长镗杆的韧性，大多数采用硬质合金材质的镗杆，由于硬质材料镗杆的弹性模式比钢约大三倍，支撑效果比钢更好。精加工气门阀座工作锥面要与缸体的接合面进行定位销孔，由于工作启动缸盖会有机械数据偏差，而定位销孔进一步稳定了相邻阀座间的距离。在最终精加工时，采用定位方式会提高规定的精度，因此为了确保加工精度，必须减少定位误差，推广并且采用销孔定位，增加一定数量的加工工位，在气门阀和导管底孔的加工完成后，有专业人员可以进一步检查机械的安全性，确定底孔的位置数据，减少数据偏差。

3.4 加工缸盖凸轮轴孔

在加工缸盖凸轮孔对孔的要求是不准许出现丝毫误差的[3]。凸轮孔由下缸盖和进、排气凸轮轴罩盖共同组成，下缸盖采用重力铸造，罩盖为压力铸造。为保证凸轮轴的加工精度更加完美，在铸造时每个档位设置有圆弧油槽，主要起到了润滑的作用。加工缸盖凸轮轴孔会产生少量碎屑，由于夹在缝隙中不能完全清洁干净，会导致凸轮轴出现划伤，因此在刀具的选择上需要进行精加工：缸盖凸轮轴孔和罩盖与下缸盖集合安装后，因为缸盖两侧组成的孔和孔径非常不规则，需要专业人员通过各个方面进行分析、试验和研究，且金属加工人员经过专业的培训，完全按照机械化生产准则进行生产，在对刀法的切割普及时，明确不同刀具的使用途径。凸轮轴加工完成后，测量尺寸和安装位置，标定合格后才能送检。

3.5 缸盖加工过程的毛刺

在缸盖加工生产过程中出现的毛刺问题大致可以分为四类，即内孔毛刺、镗孔毛刺、交叉毛刺和边缘毛刺。毛刺产生的原因是由于刀具在工作中对缸盖进行挤压，机械被去除的边缘处超出加工面原本的加工厚度，其本身还未脱落材料的部分残留。基于毛刺在每个机械上的位置不同，在处理方式上会变得困难一些。如出现在内孔的孔口、通口的进出口以及凹凸不平的机械底部，这些部位产生毛刺通常用刷子来去清理，为了避免缸盖表面磨损，在选用刷子方面要用更加柔软的塑料毛刷，这种毛刺处理方法有效去除一半以上的毛刺，但是仍旧有一半毛刺比较难处理，主要原因是毛刷过软，没有办法清洁到内孔底部;受缸盖结构影响毛刷覆盖面积不够广。这时可以采用水射流去除毛刺方法，利用水射流的物理冲击，高压冲洗缸盖内孔底部和难清洁的部位。高压水射流冲洗的难易程度取决于毛刺的硬度，如果毛刺的硬度达到十微米时，所需的高压水射流压力是30MPA以下，当毛刺硬度增加到一百微米以上，这时可能需要更高的高压水射流作用力，因为毛刺达到这个数值往往和缸盖本身建立了连接，需要从毛刺根部进行高压水射流作用力，使毛刺从根部彻底切断，后期与切割作用配合后彻底去除毛刺，既环保又节能。

4  发展发动机缸盖机加工艺的关键要点

①由于缸盖尺寸较大时内应力会重新分布，导致变形，在大面积加工时要配备金刚石硬质合金刀具[4]。如果毛坯条件良好，可以充分利用金刚石刀片进行加工，这能够在很大程度上提高加工后的表面粗糙度。缸盖粗加工和精加工要分开执行，粗加工后进行缸盖的检查后再去指导精加工，严格打磨缸盖避免缸盖结合面的损失，在精加工时注重缸盖的质量，为避免精加工打磨工具时大幅度震动导致打孔位置偏差，结合自动化科技技术，融入到缸盖加工中来。减少位置偏差。

②震动清洁缸盖内部铁屑杂物时候，同时定期检查内容润滑油，防止缸盖不能正确运作[5]。缸盖清洗工序作为辅助工序，对缸盖的清洁度要求严格，缸盖是一个复杂的多孔性、不规则的复杂铸造箱体，在铸造前不清洁会导致毛刺大面积扩散，使毛刺影响缸盖的实际运作。后期铸造完成不清洗会使砂子和铝屑的残留进入内孔底部，铝屑在内部不断堆积，安装到发动机上缸盖变热，铝屑受热负荷影响，降低发动机使用寿命，所以应当注重发动机的清洁工序，对装备不容易清洗的部位可以定点针对定位清洗，但是要注意水流压力防止缸盖变形和空位的不准确性。

③随着科技的不断进步，自动化技术不断提高，也在慢慢渗入到发动机缸盖工作中来[6]。它与传统的流水线不同，被加工时不需要工人去搬运很重的缸盖，利用各个系统将工序和辅助装备相互结合，精度要求高，缸盖生产批量大，给工作人员提供了便捷。目前国内的缸盖自动化水平与国外还存在一定的差异性，因此要不断发现缸盖中遇到的困难问题，采用柔加工自动线生产，结合国内的发动机缸盖生产方式和国外的发动机缸盖生产经验，与国外建立交流合作，创新式发展缸盖的生产过程，不断降低生产成本，缩短制作周期，高速建立加工中心，实时测量发动机缸盖高精度的运作能力。

5  结语

总而言之，发动机缸盖作为发动机的关键零件要不断提高质量。在缸盖机加工处理时要注重细节问题，避免缸盖结合面的划伤，在后续加工过程中检测排气侧面的精基准定位，合理安全的进行发动机缸盖机加工工艺，让发动机缸盖的质量得到保障。

参考文献：

[1]姚方方，于秀涛.快速砂型铸造发动机缸盖工艺设计与优化[J].特种铸造及有色合金，2017，37（001）：34-37.

[2]何阳，谭松林，张永，等.液体火箭发动机工艺设计精益化发展展望[J].航天制造技术，2017（001）：7-10，16.

[3]韩海滨.汽车发动机装配工艺探析[J].中国新技术新产品，2017（17）.

[4]刘超，张茂伟，吕玉红，等.基于离散粒子群算法的航空发动机总装工艺优化方法[J].航空发动机，2020，046（002）：81-86.

[5]董美琛，张焕亮.商用车发动机涂装工艺设计浅析[J].电镀与涂饰，2019，038（010）：467-471.

[6]金延安.發动机凸轮轴孔的设计与加工工艺安排[J].数控机床市场，2018.