《关于发动机缸盖加工关键工艺》
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[摘 要]在整个发动机中,发动机缸盖作为极其重要的零件,对加工的精度以及工艺性的要求非常高,且操作起来十分的复杂,缸盖加工的质量对整个发动机的性能起着至关重要作用,因此,在对发动机缸盖加工时,要格外谨慎小心.座圈及导管孔同样作为发动机缸盖加工的关键部分,具有决定性的作用.缸盖是汽车发动机的重要组成部件之一,在发动机上部,与螺栓、气缸体、缸垫进行结合.缸盖主要作用于封闭气缸并与发动机的燃烧室相结合,同时还是发动机的配气机构及相关部件的装配基础. 缸盖在加工的过程中由于对精度要求较高且工艺复杂,因此,其加工的质量会直接对发动机性能发挥造成严重影响.
[关键词]缸盖；气门座圈；气门导管孔；复合刀具
中图分类号：E231 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）05-0134-01
引言
缸盖作为发动机中的重要零件之一,处于发动机的上端,底平面通过气缸垫,通过螺栓与气缸体进行结合.主要的功能作用大致分为以下两方面：封闭气缸上部,构成燃烧室,作为发动机的配气机构,从吸入空气、做功到排出废气的整套作用；缸盖本体内有冷却水套,与底面的冷却孔和汽缸体冷却水呈现互通现象,便于通过循环水将发动机的高温带走；因此发动机在工作过程中,缸盖所承受的力场和温度场是极其复杂的,同时也对缸盖自身加工精度提出了一个苛刻的要求.
1工艺要求
根据图样的要求,当气门座圈处于总成密封状态时,其对相应导管孔中心方向的径向圆跳动0.015mm,所存在的位置公差与气门的工作性能有着密不可分的关系.汽车通常使用高速汽油机,在其运动过程中的转速可以达到5500r/min且气门运动过程中具有很高的频率,运动中的管孔具有一定的导向作用,不能出现任何卡滞的现象.因此,应严格控制座圈密封面相对于的导管孔的中心的跳动,不然在发动机在运行过程中出现导管或气门偏磨现象.
2气门座圈及导管孔的加工工艺
2.1气门座圈和导管孔
图1为气门座圈和导管结构,传统加工方式通常采用导管底孔钻、扩气门座圈来进行加工,但在加工的过程中,容易导致气门座圈封严面与气门导管孔中心出现偏差,降低导管孔和气门座圈的同轴度；同时,这种工艺在加工的过程中需要耗费大量的時间,且效率低下.
2.2常用刀具
传统的工艺加工过程中,气门座圈通常采用锪刀低速锪削气门座封严面,这种方式加工的气门座封严面较为粗糙；气门导管孔通常采用单刃铰刀进行加工,这种刀具结构较为复杂,具有两个导向条,在切削过程中具有一定的导向作用,且敏感性较低.
随着我国发动机技术的不断发展,对导管、座圈自身的耐磨度、硬度等方面提出了较高的要求,传统刀具在进行加工的过程中已经无法满足对材料切削的要求.现如今,我国在加工刀具、加工工艺以及机床等方面都有了较大的发展.图2为复合专用刀具,现在越来越多气门座圈和导管孔对其进行应用,解决了分体刀具在对气门座圈和导管孔加工时常出现的误差大、表面粗糙度差等问题.
刀具成本仅占汽车行业零部件加工制造总成本中的（3～5）%,但对总影响的成本却高达（20～30）%,复合专用刀具的广泛应用,使生产效率得到提升.出于对加工成本的考虑,当下我国对导管孔和气门座圈的加工通常分为两步,即粗加工—精加工.加铁基和工铜基材质的导管和气门座圈时,通常使用PCD的刀具,在加工铸铁等材质的导管和气门座圈时通常选用硬质合金刀具[1].
2.3加工冷却方式
在实际的生产过程中,我们发现影响导管孔和气门座圈的精度中的一项重要的因素就是切削液.若切削液压力过小,将会对加工的排屑效果造成严重的影响,同时,也没能对刀具进行很好的润滑作用,影响了被加工的加工精度.
根据实际的加工数据,在对切削液进行使用的过程中应注意以下四个方面：（1）切削液高压应在（7～8）MPa范围内；（2）切削液应拥有足够的润滑能力；（3）切削液过滤时的精度应在（8～12）μm范围内；（4）加工时,切削液不应出现泡沫,否则将会减少润滑效果.
2.4切削参数
为了使生产效率得到提升,应在保证加工精度的前提下,对加工工艺以及参数进行优化.切削参数与机床的性能有很大关联.如果切削参数过高,则会减少刀具的使用寿命；如果切削参数过低,则会导致加工效率低下.因此,切削参数的合理性不仅可以提高加工的精度,还能够提高机床效率,增加刀具使用寿命[2].
2.5主轴的刚性
导管孔和气门座圈的加工除与上述几方面因素有关外,还与机床主轴的精度和刚性有很大关系.通常情况下,主轴的端面跳动应小于1μm,主轴的径向跳动应不高于1.5μm,若对导管孔和加工高精度的要求较高,则对精度要求要在0.5μm以下.若想使导管孔和气门座圈的质量得到提升,则一定要保证机床主轴精度在合理的范围内.
3发动机缸盖的加工工艺
3.1加工发动机缸盖的大面积平面
发动机缸盖的大面积平面主要构成有底面、顶面、进气面以及排气面,对刀具的调整精度以及机床的几何精度有着较高的要求.一些传统的缸盖平面加工主要使用硬质合金刀片配金刚石修光刃来完成.随着科技的发展,加工技术也得到很大的提高,如果粗加工状态良好,金刚石刀片可以满足大面积平面的加工工艺的要求,使其表面粗糙度得到提升.
3.2加工气门导管底孔和缸盖挺柱孔
这两方面对精度的要求较高,在进行加工时应分两次或三次完成加工,使气门导管底孔以及缸盖挺柱孔的加工精度得到有效的提高.尤其是加工挺柱孔时,应尽可能安排在导管和座圈压装之后完成其精加工.
3.3加工缸盖凸轮轴孔
凸轮轴孔作为缸盖中最长的孔,如果对其使用分段加工工艺,会使其加工精度的降低以及凸轮轴孔的同轴度也无法满足.因此,在加工时,要保证其一次成型.在对机械进行加工的过程中,必须对刀杆自身的重力进行消除,这也是加工的一个重要的难点.当前主要的加工方式是通过刀具自身的自导向进行加工,或者使用刀具带有支撑定位轴套的专有夹具进行加工,来降低刀杆重力的影响.
3.4加工缸盖中的毛刺
铝合金缸盖作为一种塑性材料,在对其进行加工时很容易产生毛刺现象,因此,必须对毛刺进行再加工.在对毛刺进行加工时,要合理的选择刀具槽型、角度和加工参数,并通过加强工件材料硬度的方法,来大大降低产生毛刺的数量.通常去除毛刺的方法主要有电火花法、表面喷丸法、表面抛丸、高压水去毛刺、以及尼龙毛刷去毛刺等.
4发动机缸盖机加工艺中的关键点
缸盖加工时,应尽可能的选择先粗后精、先面后孔及先压装组合件后精加工的方式来进行应力释放.设计夹具及工艺方案时要减少基准转换,制定统一的机加基准来提高产品精度.每一道工序都要及时的清理缸盖内腔的杂物和铁屑,这也是缸盖加工过程中不可或缺的一项内容.
5结语
在发动机缸盖加工过程中,导管孔和气门座圈是其最重要关键的部位,随着机床技术和刀具技术的不断进步,其加工工艺将会得到进一步改善,有助于加工精度以及加工效率的提升.
参考文献
[1]陈家瑞.汽车构造.北京：机械工业出版社,2004.
[2]汽车工程手册.制造篇.北京：人民交通出版社,2001.
[3]王宝玺.汽车拖拉机制造工艺学.北京：机械工业出版社,2004.
[4]杨叔子.机械加工工艺师手册.北京：机械工业出版社,2003（1）.
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发动机引用文献:
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