汽车发动机缸体缸孔加工工艺

陈隆

广西玉柴机器股份有限公司 广西玉林 537005

1 序言

发动机缸体缸孔加工对精度要求较高，加工过程中影响因素多，工艺参数与加工效果之间存在着复杂的映射关系。当前，一些汽车制造企业在进行发动机试制时，对砂条的选择和工艺参数的设定，主要依靠国内外供货商提供的售后技术支援，对加工参数和加工质量之间的联系只有经验积累，而对其之间的多维度作用关系认识不清，造成了在现场对发动机缸体缸孔加工存在的问题反应迟钝，从而影响了产量[1]。为了进一步提高加工质量，更好地解决发动机制造难题，对缸体缸孔加工流程进行分析和改善，制定可行的技术方案，提高了缸体缸孔加工效率，解决了生产中存在的问题。

2 缸体加工流程

发动机缸体加工主要包括铣削、钻孔、研磨和车削等步骤。

（1）铣削 常用于加工平面、棱角和槽等。铣削时要注意刀具的厚度，以避免在加工过程中去除过多的材料。

（2）钻孔 对套筒定位孔、气门座等进行钻孔加工。对于铝合金材料而言，因其硬度较低，在钻孔时很容易发生卡钻或形成绒毛状表面。

（3）研磨 研磨的主要任务是进行表面处理，使之达到所需的表面粗糙度和平整度。研磨时要注意磨盘的选择，以及研磨轨迹的正确控制。

（4）车削 车削时，要确保机床基础的承载力和稳定性，并注意加工后表面的修整。

3 缸孔加工流程

发动机上下缸体的壁厚相差较大，上下缸体内孔的直径也存在一定差距，加工时易出现装夹变形，从而导致后续工序定位误差。同时，由于活塞在缸体内上下往复运动，因此容易出现活塞环和缸套的磨损问题。此外，活塞在加工过程中会受到往复运动的影响，容易出现切削温度高、刀具磨损严重等问题。

活塞上下缸体内孔的直径一般为7～9mm，且孔径偏差较大，需要进行半精加工。活塞的厚度也存在较大差异，在加工过程中需要进行切削参数的调整。在粗加工、半精加工时，需要使用不同的刀具和切削参数进行加工。

3.1 粗加工

由于缸孔结构复杂，且存在较大的装夹变形，所以在粗加工时需要对缸孔进行找正，并进行径向、轴向的分度和定位。常用的找正方法包括在缸孔内壁表面加垫片、使用卡盘卡爪和锁紧块来辅助找正等。镗孔时，应根据缸体的形状与尺寸要求选择合理的加工机床和切削用量，同时选择合适的镗刀，从而提高加工效率和质量。

3.2 半精加工

半精加工是在普通铣床上用铣削的方法对缸孔进行加工。将粗加工后的缸孔，通过加磨刀盘的方式进行半精加工，然后再进行精加工。由于缸孔直径尺寸较小，在铣床上加工时采用径向切削，刀具只需切削一个方向，因而大大减少了刀具磨损。

3.3 精加工

（1）加工表面 一般采用粗车后用平面磨床精磨，或用小直径的砂轮在无油状态下磨平。要求表面粗糙度值Ra≤0.2μm。

（2）缸孔中心线偏差的测量与调整 对每一个孔加工完毕后，根据图样要求，利用内径千分尺测量其位置偏差，并利用平板仪进行校准。

（3）加工余量的调整 由于缸孔在粗车后往往会留有较大的余量，因此在精加工时要加以控制，一般情况下余量为0.05～0.1mm，以保证表面粗糙度值Ra≤0.2μm。

（4）检查刀具磨损情况 由于缸孔的孔径较大，切削力也比较大，所以在精加工前应检查刀具磨损情况。

4 缸体缸孔加工常见问题

4.1 缸体加工常见问题

1）发动机缸体止推面的加工直径是130mm，压力为3.09M P a，加工过程中止推面极易出现磨损，导致加工质量降低[2]。

2）主轴孔经过加工后，每个挡位的两边都有飞边，组装后极易脱落，导致烧瓦。

4.2 缸孔加工常见问题

1）在对缸孔进行加工时，由于缸体的种类较多，而且其质量要求也比较高，因此在对其进行加工时，需要使用多种不同的设备和加工工艺，差异性的存在导致加工过程中出现一定的误差。

2）在对缸孔进行加工时，需要将缸孔的尺寸和形状精度控制在一定范围内，如果控制不好，则会导致缸孔出现较大误差。

5 缸体加工工艺优化

5.1 优化方案

1）对缸体镗杆进行改造，编写加工程序，使止推面直径130mm增加至136mm，使压力降至2.3MPa，从而解决了止推面易出现的质量问题。

2）增加用于切削主轴孔两个端部的倒角工具，并编制相应的程序，以解决在切削过程中出现的飞边问题[3]。

5.2 机床和镗杆改造

由于缸体止推面磨损问题，导致曲轴轴向窜动间隙大的质量故障，因此需要加大止推面，将止推外径由110mm增大到116mm，机体止推槽由φ130mm更改为φ136mm，压力由3.09MPa下降到2.3MPa。目前，镗杆推力直径可达132.75mm，这已是镗杆的极限。φ132mm镗杆的长度已经为极限长度，为了确保镗杆的安全，需要对其重新加工，才能达到止推槽直径为136mm的要求[4]。

（1）机床镗杆整改 镗杆的冲程与滑块横切进给的冲程比是2∶1，止推槽的直径要从130mm增大到136mm，则滑块的横切行程要增加3mm，镗杆的冲程要增加6mm。针对该问题，需要整改滑块及镗杆限位挡销。

（2）机床U轴限位整改 U轴传动结构如图1所示，U轴丝杠后备量19.3mm大于止推面，止推槽直径由130mm增加到136mm后，U轴需要增加6mm的冲程，只需要将U轴胀刀限位的长度减短6mm即可满足加工要求[5]；滑块的横切冲程要增加3mm，需要将滑块胀刀的软限位从原来的14.9mm修改为17.9mm；并需要对NC加工程序进行相应修改。

图1 U轴传动结构

（3）优化倒角刀具及程序 半精镗、精镗主轴孔工序，刀具磨损后，在每挡两侧都会挤压出外翻飞边，后续的去毛刺清洗工序不能将其去除，必须人工去除，否则组装后有可能出现脱落，导致烧瓦故障[6]。

针对主轴各挡口两侧飞边不能完全去除的问题，拟在加工工艺中，对各挡口两侧倒角进行0.5mm×45°的切削处理，并通过切削方式去除飞边。为了达到这一目的，设计倒角刀具如图2所示，并编写倒角NC加工程序，分别从前后端偏心进刀，然后完成主轴孔飞边的去除。

图2 主轴孔倒角刀具

6 缸孔加工工艺优化

6.1 优化方案

1）根据发动机缸孔尺寸和形状要求，调整机床和夹具等，保证缸孔的形状精度。

2）对缸体缸孔结构特性和切削刀具磨损情况进行研究，改进缸孔切削工艺。

6.2 专用镗床的使用

发动机缸体缸孔主要采用专用镗床进行加工，这是因为专用镗床具有一定的优势，其采用镗杆进行切削，不会产生较大的误差，而且对于发动机缸体的表面粗糙度和圆度不会产生较大影响[7]，能够将发动机缸体的尺寸精度、圆度和表面粗糙度控制在一定范围内，使发动机的质量水平得到提高。但是在使用专用镗床加工时，需要保证专用镗床具有良好的刚性和精度。

6.3 夹具的使用

每一种类型和型号的缸体缸孔加工时所使用的夹具不同，需要根据其形状和尺寸要求选择相应的夹具。例如，如果需要对缸孔进行倒角处理，则使用套筒式夹具。

通常情况下，发动机生产企业为了提高生产效率和工作质量，通常会采用机械或者是人工定位的方式来完成工件的定位[8]。加工时需要将工件放置在专用夹具上，并用螺钉进行固定。

不同类型和型号的发动机缸体缸孔加工完成后，发动机生产企业会使用专门的工装来拆卸和重新安装夹具。

7 结束语

本文主要分析了汽车发动机缸体缸孔加工中存在的问题，通过工艺优化和措施改进，得出以下结论。

1）针对缸体止推面易磨损和主轴道有切屑、无法清洗干净的问题，对机床镗杆进行改造，并编制加工程序等，增大止推面直径，降低压力；优化倒角刀具及程序，分别从前后端偏心进刀，完成主轴孔飞边的去除。

2）针对缸孔尺寸和形状精度差的问题，根据形状和尺寸要求选择合适的机床和夹具，采用机械或人工定位方式，提高缸孔加工精度。

该文分析了汽车发动机缸体缸孔加工中存在的问题，通过机床镗杆改造、倒角刀具优化、编制加工程序、选择合适的机床和夹具并采用人工或机械定位，解决了止推面磨损、主轴孔有切屑及缸孔尺寸变形等难题。

文章的亮点是细致入微、措施得力。提高产品质量不仅需要工艺创新和经验积累，更要掌握加工参数和加工质量之间的多维度作用关系，抓住问题的关键采取改进措施，问题自然会迎刃而解。

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