汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工工藝技術(shù)研究

趙鳳輝 江文濤

（1.長城汽車股份有限公司 徐水分公司 動(dòng)力事業(yè)部，保定 072550；2.嶸泰工業(yè)發(fā)展有限公司，揚(yáng)州 225200）

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的加工具有特殊性，要求高，工藝難度大，但對(duì)生產(chǎn)周期、質(zhì)量有嚴(yán)格要求。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，有必要制定科學(xué)的氣缸體試制生產(chǎn)工藝計(jì)劃。在數(shù)控加工中心和相應(yīng)夾具等工具的輔助下，筆者設(shè)計(jì)了一套汽油機(jī)用鋁合金氣缸的加工工藝。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

缸體主體為鋁合金材料，嵌入4個(gè)鑄鐵缸套，曲軸孔采用雙材料（一側(cè)鑄鐵，一側(cè)鋁合金）。為了減輕重量，確保系統(tǒng)具備較高的鑄造加工能力，設(shè)計(jì)缸體壁厚小于3.5mm，使得缸體具備較弱的剛性。所以，在設(shè)計(jì)操作方案時(shí)，人們應(yīng)當(dāng)充分注意加工精度與氣缸變形之間的相互作用關(guān)系。氣缸加工主要涉及氣缸孔、銷孔、平面、油孔、螺紋孔、曲軸孔以及斜面等部件。

2 試制工藝方案

2.1 選擇基準(zhǔn)

工件編程參考、工藝參考以及設(shè)計(jì)參考應(yīng)達(dá)到一定的均勻水平。這樣可以避免參考不一致造成的檢測(cè)誤差和定位誤差，從而簡化編程步驟，確保系統(tǒng)精度。

2.2 加工原則

在本設(shè)計(jì)方案中，圓筒加工所涵蓋的工序有十幾道。在滿足粗精加工的正確順序以及保障質(zhì)量的前提下，人們需要遵循以下原則。一是將毛坯作為對(duì)象展開粗加工，容易發(fā)現(xiàn)零件內(nèi)部缺陷的工序應(yīng)盡量安排在前面；二是考慮加工優(yōu)先順序，為避免內(nèi)應(yīng)力達(dá)到一定程度對(duì)工作精確度產(chǎn)生負(fù)面影響，將深油孔優(yōu)先置于工序的開始部分；三是針對(duì)檢驗(yàn)、清洗、壓裝以及密封試驗(yàn)等不同工序進(jìn)行最大化的合理設(shè)置。

2.3 刀具選擇

一般情況下，鋁合金材料具備較低的熔點(diǎn)和硬度，因此在切削的過程中會(huì)出現(xiàn)積屑瘤，使得工件尺寸精度和表面粗糙度差，所以需采用加工中心的濕加工，加工刀具帶有內(nèi)冷孔。由于加工中心的主軸轉(zhuǎn)速較高，刀具的抗振性要求較高，為保證加工效率，需要進(jìn)行自動(dòng)換刀。

對(duì)于CNC加工中心刀具而言，其剛性、抗脆性、耐用性以及斷屑性能應(yīng)當(dāng)達(dá)到目標(biāo)要求，其更換和調(diào)整應(yīng)當(dāng)方便可行。另外，需注意制造過程盡可能多用標(biāo)準(zhǔn)刀具。

2.4 夾具設(shè)計(jì)

氣缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集成了各種處理元件，處理元件分布在6個(gè)平面上。單次夾緊時(shí)，應(yīng)最大程度地完成數(shù)量多且好的加工工序，其間應(yīng)盡量減少因夾緊而產(chǎn)生變形零件。所以，夾具需滿足的條件為：以相關(guān)設(shè)計(jì)原則為參考依據(jù)，要保證設(shè)備和零件坐標(biāo)系的方向一致，使得處于加工中心的零件能夠完成定向安裝，同時(shí)加工中心和定位基準(zhǔn)面兩者之間存在相應(yīng)的尺寸聯(lián)系。為了有效地保障工序的精確度，夾具應(yīng)當(dāng)具備合理的剛度和強(qiáng)度，盡量降低自身變形的可能性，保證其更換和調(diào)整時(shí)具備良好的穩(wěn)定性。

2.5 關(guān)鍵加工方法

缸體頂面和燃燒室的表面具備匹配關(guān)系，因此需要具備精準(zhǔn)的表面粗糙度和平整度。為了最大程度地降低平整度缺陷和刀痕發(fā)生的可能性，銑削加工工序選取了大直徑圓盤銑刀，具體可總結(jié)為粗銑-精銑加工。曲軸孔刀具采用五孔一體式長鏜刀，夾具帶有刀具導(dǎo)向套，使得工序具有最佳的同軸度。

曲軸孔加工工序?yàn)椋捍昼M→半精鏜→精鏜→珩磨。粗加工完成時(shí)，余量的大小是0.4mm；半精加工完成時(shí)，余量的大小是0.2mm；精鏜完成時(shí)，余量的大小是0.055mm；珩磨完成時(shí)，余量達(dá)到了成品標(biāo)準(zhǔn)尺寸的要求。

氣缸孔加工工序?yàn)椋捍昼M→半精鏜→精鏜→珩磨。粗鏜余量1mm，半精鏜余量為0.3mm，精鏜余量為0.06mm，最終珩磨至成品尺寸，缸孔及曲軸孔的粗精鏜在一次夾緊中完成。珩磨階段，粗珩修正缸孔的圓柱度，精珩采用平臺(tái)珩獲得缸孔表面參數(shù)，對(duì)于粗精鏜而言，其完成所需夾緊的次數(shù)為1。

2.6 環(huán)境溫度

加工鋁合金材料時(shí)，溫度是應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格考察的重要條件，其控制難度較大，會(huì)使得產(chǎn)品質(zhì)量無法保證。實(shí)踐表明，一般認(rèn)為，在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，溫度處于（25±3）℃最為合適。這樣不僅可以保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)參數(shù)的一致性，還顯著地減少了因溫度大幅度改變而引發(fā)的產(chǎn)品變形現(xiàn)象。

2.7 工序間的協(xié)調(diào)

氣缸體需要進(jìn)行氣密性測(cè)試和三坐標(biāo)檢測(cè)，這些項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中必須有效銜接。氣密性測(cè)試在缸孔曲軸孔精加工前進(jìn)行。氣缸關(guān)閉后，執(zhí)行曲軸孔和其他精加工操作。最后，利用三維坐標(biāo)測(cè)量圓柱體尺寸，可以一次性地完成對(duì)圓柱體和子圓柱體的測(cè)量，這樣不僅可以提前檢測(cè)到泄漏，還可以保護(hù)圓柱體螺栓和螺紋孔。

2.8 工藝流程

氣缸體試制開發(fā)機(jī)加工藝流程，如表1所示。

表1 氣缸加工工藝流程

3 結(jié)語

本文主要針對(duì)鋁合金缸體試制工藝展開了分析研究。在試生產(chǎn)工藝的實(shí)際操作中，頂面平面度、同軸度以及缸孔曲軸孔圓度的超差現(xiàn)象得以避免，試生產(chǎn)的質(zhì)量和進(jìn)度得到充分保證，從而為其他工件的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)提供了借鑒和參考。