淺談發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋機(jī)加工工藝與技術(shù)要點(diǎn)

潘立強(qiáng)

摘要： 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋在發(fā)動(dòng)機(jī)中是不可缺少的零件，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起到了保護(hù)和啟動(dòng)的作用。隨著自動(dòng)化的不斷滲透，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加工工藝也在變化，加工工序不斷更新，本文主要闡述了發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的粗加工工藝和缸蓋的機(jī)加工工藝難點(diǎn)和注意事項(xiàng)，并且提出了發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋機(jī)加工藝的關(guān)鍵要點(diǎn)，希望更好地發(fā)展自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋加工工藝上去。

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.

關(guān)鍵詞： 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋;機(jī)加工工藝;機(jī)加工技術(shù)

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TH1;U46? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0095-02

0? 引言

缸蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)的的重要組織之一，它安裝在缸蓋缸體上方位置。發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋從上部密封氣缸并構(gòu)成燃燒室，經(jīng)常與高溫高壓燃?xì)庀嘟佑|，因此承受巨大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋內(nèi)部制有冷卻水套，缸蓋下端面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通，利用循環(huán)水來(lái)冷卻燃燒室等高溫部分。

1? 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋結(jié)構(gòu)包括缸蓋本體，本體上設(shè)置有進(jìn)氣道、排氣道、燃燒室和凸輪軸室，底部平面經(jīng)汽缸襯墊，用螺旋固定并且緊拴在氣缸體上。它的特點(diǎn)是：具有足夠的強(qiáng)度和硬度，裝備基體通過(guò)定置氣門(mén)發(fā)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)，保證缸蓋在氣體氣壓和熱應(yīng)力的作用下，能夠安全地工作。缸蓋形狀大多為六面體，多孔且薄，在缸蓋加工上的數(shù)量最多能達(dá)到100個(gè)，鑄造最薄處只有4.5mm。

2? 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的粗加工工藝

發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋加工工藝第一步是發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的粗加工工藝，在整個(gè)粗加工過(guò)程中需要注意如下流程：首先選擇合適的缸蓋材料一般采用灰鑄鐵或者合金鑄鐵鑄成，由于鋁合金的導(dǎo)熱作用更加好，所以近幾年以來(lái)鋁合金缸蓋得到廣泛應(yīng)用，在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中采用鋁合金材料也大大地減少了整機(jī)的重量，但是鋁合金由于剛度差在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)變形現(xiàn)象;其次在建造缸蓋毛坯時(shí)要注意采用鑄造成型的手藝，建造機(jī)器澆鑄單元，大量生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋時(shí)進(jìn)行乳化沖洗減少過(guò)熱燒壞道具，也利于加工切削出來(lái)的金屬屑物的排出，由于科技的不斷進(jìn)步，缸蓋毛坯可以快速成型，機(jī)械流水線上快速成型，對(duì)缸蓋毛坯的具體要求是缸蓋毛坯不能裂痕、采用剛度比較結(jié)實(shí)的原材料、表面針眼分布均勻、沾沙處理工藝，保證缸蓋毛坯緊湊光滑，缸蓋毛坯在快速成型的過(guò)程中失敗率極低，這也大大降低財(cái)產(chǎn)損失;最后在加工環(huán)節(jié)中要保證澆鑄受冷均勻，如果不加以重視，會(huì)導(dǎo)致毛坯部件部分表面疏松的現(xiàn)象，注意時(shí)刻檢查澆注溫度以免出現(xiàn)失敗缸蓋。所以在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的粗加工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意每一個(gè)流程，正確并且認(rèn)真操作，保證缸蓋運(yùn)用的協(xié)調(diào)性，以免引起各種不良現(xiàn)象。

3? 缸蓋的機(jī)加工工藝難點(diǎn)和注意事項(xiàng)

3.1 平面加工工藝

在缸蓋生產(chǎn)加工過(guò)程中對(duì)平面加工工藝的要求極其嚴(yán)格，平面槽型凸輪在頂視圖、邊視圖反復(fù)檢查下，進(jìn)行刀具路徑模式，才能進(jìn)一步操作[1]。采用螺旋下刀方法，因?yàn)榇讼碌斗椒ú粫?huì)對(duì)工件造成振動(dòng)影響，也達(dá)到了保護(hù)刀具的作用。平面加工中也可以采用自動(dòng)換刀方式，這樣做既可以節(jié)省時(shí)間也方便了缸蓋的加工，避免反復(fù)換刀帶來(lái)的數(shù)據(jù)偏差。采用氣槍吹氣代替切削液沖洗，用氣槍達(dá)到散熱和保持生產(chǎn)流水線表面的清潔，防止生產(chǎn)線生銹。缸蓋工件完成時(shí)不能快速卸下，因?yàn)榇藭r(shí)生產(chǎn)線還在高溫狀態(tài)下，輕易卸下會(huì)導(dǎo)致手部燙傷和工件的變形，等待工件溫度退散取下量取工件尺寸，再根據(jù)半徑和長(zhǎng)度磨耗進(jìn)行一改到位。要注意在平面加工時(shí)，下刀位置選擇恰當(dāng)，下刀位置如果選擇不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致整體缸蓋報(bào)廢。

3.2 高精度孔的加工

機(jī)械加工過(guò)程，有時(shí)會(huì)對(duì)一些位置精度和同軸度要求極高，零部件在這時(shí)要進(jìn)行高精度孔的加工[2]。以工件的中心通孔圓心為坐標(biāo)，進(jìn)行定位基準(zhǔn)，要求孔的圓心在與工件的中心通孔直徑延伸重合，在加工中心上確定好第一個(gè)孔的坐標(biāo)位置，進(jìn)行鉆孔加工直徑。鉆孔完成以后要測(cè)量有無(wú)誤差，確保鉆孔位置和實(shí)際理想位置出現(xiàn)的偏差數(shù)據(jù)保持在2mm以?xún)?nèi)，使用修光刃道具進(jìn)行打磨。小孔的高精度加工要求軸度與底部垂直度保持在0.03mm，專(zhuān)用工裝前端安裝支持座，保證小孔在打造時(shí)更加精準(zhǔn)度。

3.3 缸蓋氣門(mén)閥和導(dǎo)管底孔的加工

在這一部分的加工中直接影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)由于可燃?xì)怏w是在缸蓋燃燒室壓縮后進(jìn)行點(diǎn)燃，致使氣門(mén)閥會(huì)有很高的溫度所以這要求缸蓋氣閥門(mén)必須能夠夠承受住很高的熱負(fù)荷和耐磨性，并且還要具有很好的密封性。閥門(mén)桿在工作時(shí)中心容易發(fā)生偏離，導(dǎo)致導(dǎo)管底孔進(jìn)行損害，因此在制造缸蓋氣門(mén)閥需要計(jì)算工作中偏離的方向和偏離數(shù)據(jù)。在大批量生產(chǎn)缸蓋時(shí)注意同軸準(zhǔn)差規(guī)定，因?yàn)榈卓淄S數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差會(huì)導(dǎo)致氣門(mén)閥座和導(dǎo)管孔精加工余量分配不均，進(jìn)一步影響終加工精度。為保證閥座和導(dǎo)管孔底孔的同軸度公差，要穩(wěn)定保持公差數(shù)據(jù)，要正確選擇定位基準(zhǔn)的位置。實(shí)際工作中采用了專(zhuān)用復(fù)合刀具，并且分鉆擴(kuò)、半精鏜、和精鏜等三道工序進(jìn)行加工，精鏜為其中的中心環(huán)節(jié)，在進(jìn)行精鏜工藝加工時(shí)，為了增強(qiáng)細(xì)長(zhǎng)鏜桿的韌性，大多數(shù)采用硬質(zhì)合金材質(zhì)的鏜桿，由于硬質(zhì)材料鏜桿的彈性模式比鋼約大三倍，支撐效果比鋼更好。精加工氣門(mén)閥座工作錐面要與缸體的接合面進(jìn)行定位銷(xiāo)孔，由于工作啟動(dòng)缸蓋會(huì)有機(jī)械數(shù)據(jù)偏差，而定位銷(xiāo)孔進(jìn)一步穩(wěn)定了相鄰閥座間的距離。在最終精加工時(shí)，采用定位方式會(huì)提高規(guī)定的精度，因此為了確保加工精度，必須減少定位誤差，推廣并且采用銷(xiāo)孔定位，增加一定數(shù)量的加工工位，在氣門(mén)閥和導(dǎo)管底孔的加工完成后，有專(zhuān)業(yè)人員可以進(jìn)一步檢查機(jī)械的安全性，確定底孔的位置數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)偏差。

3.4 加工缸蓋凸輪軸孔

在加工缸蓋凸輪孔對(duì)孔的要求是不準(zhǔn)許出現(xiàn)絲毫誤差的[3]。凸輪孔由下缸蓋和進(jìn)、排氣凸輪軸罩蓋共同組成，下缸蓋采用重力鑄造，罩蓋為壓力鑄造。為保證凸輪軸的加工精度更加完美，在鑄造時(shí)每個(gè)檔位設(shè)置有圓弧油槽，主要起到了潤(rùn)滑的作用。加工缸蓋凸輪軸孔會(huì)產(chǎn)生少量碎屑，由于夾在縫隙中不能完全清潔干凈，會(huì)導(dǎo)致凸輪軸出現(xiàn)劃傷，因此在刀具的選擇上需要進(jìn)行精加工：缸蓋凸輪軸孔和罩蓋與下缸蓋集合安裝后，因?yàn)楦咨w兩側(cè)組成的孔和孔徑非常不規(guī)則，需要專(zhuān)業(yè)人員通過(guò)各個(gè)方面進(jìn)行分析、試驗(yàn)和研究，且金屬加工人員經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的培訓(xùn)，完全按照機(jī)械化生產(chǎn)準(zhǔn)則進(jìn)行生產(chǎn)，在對(duì)刀法的切割普及時(shí)，明確不同刀具的使用途徑。凸輪軸加工完成后，測(cè)量尺寸和安裝位置，標(biāo)定合格后才能送檢。

3.5 缸蓋加工過(guò)程的毛刺

在缸蓋加工生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的毛刺問(wèn)題大致可以分為四類(lèi)，即內(nèi)孔毛刺、鏜孔毛刺、交叉毛刺和邊緣毛刺。毛刺產(chǎn)生的原因是由于刀具在工作中對(duì)缸蓋進(jìn)行擠壓，機(jī)械被去除的邊緣處超出加工面原本的加工厚度，其本身還未脫落材料的部分殘留?；诿淘诿總€(gè)機(jī)械上的位置不同，在處理方式上會(huì)變得困難一些。如出現(xiàn)在內(nèi)孔的孔口、通口的進(jìn)出口以及凹凸不平的機(jī)械底部，這些部位產(chǎn)生毛刺通常用刷子來(lái)去清理，為了避免缸蓋表面磨損，在選用刷子方面要用更加柔軟的塑料毛刷，這種毛刺處理方法有效去除一半以上的毛刺，但是仍舊有一半毛刺比較難處理，主要原因是毛刷過(guò)軟，沒(méi)有辦法清潔到內(nèi)孔底部;受缸蓋結(jié)構(gòu)影響毛刷覆蓋面積不夠廣。這時(shí)可以采用水射流去除毛刺方法，利用水射流的物理沖擊，高壓沖洗缸蓋內(nèi)孔底部和難清潔的部位。高壓水射流沖洗的難易程度取決于毛刺的硬度，如果毛刺的硬度達(dá)到十微米時(shí)，所需的高壓水射流壓力是30MPA以下，當(dāng)毛刺硬度增加到一百微米以上，這時(shí)可能需要更高的高壓水射流作用力，因?yàn)槊踢_(dá)到這個(gè)數(shù)值往往和缸蓋本身建立了連接，需要從毛刺根部進(jìn)行高壓水射流作用力，使毛刺從根部徹底切斷，后期與切割作用配合后徹底去除毛刺，既環(huán)保又節(jié)能。

4? 發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋機(jī)加工藝的關(guān)鍵要點(diǎn)

①由于缸蓋尺寸較大時(shí)內(nèi)應(yīng)力會(huì)重新分布，導(dǎo)致變形，在大面積加工時(shí)要配備金剛石硬質(zhì)合金刀具[4]。如果毛坯條件良好，可以充分利用金剛石刀片進(jìn)行加工，這能夠在很大程度上提高加工后的表面粗糙度。缸蓋粗加工和精加工要分開(kāi)執(zhí)行，粗加工后進(jìn)行缸蓋的檢查后再去指導(dǎo)精加工，嚴(yán)格打磨缸蓋避免缸蓋結(jié)合面的損失，在精加工時(shí)注重缸蓋的質(zhì)量，為避免精加工打磨工具時(shí)大幅度震動(dòng)導(dǎo)致打孔位置偏差，結(jié)合自動(dòng)化科技技術(shù)，融入到缸蓋加工中來(lái)。減少位置偏差。

②震動(dòng)清潔缸蓋內(nèi)部鐵屑雜物時(shí)候，同時(shí)定期檢查內(nèi)容潤(rùn)滑油，防止缸蓋不能正確運(yùn)作[5]。缸蓋清洗工序作為輔助工序，對(duì)缸蓋的清潔度要求嚴(yán)格，缸蓋是一個(gè)復(fù)雜的多孔性、不規(guī)則的復(fù)雜鑄造箱體，在鑄造前不清潔會(huì)導(dǎo)致毛刺大面積擴(kuò)散，使毛刺影響缸蓋的實(shí)際運(yùn)作。后期鑄造完成不清洗會(huì)使砂子和鋁屑的殘留進(jìn)入內(nèi)孔底部，鋁屑在內(nèi)部不斷堆積，安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上缸蓋變熱，鋁屑受熱負(fù)荷影響，降低發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命，所以應(yīng)當(dāng)注重發(fā)動(dòng)機(jī)的清潔工序，對(duì)裝備不容易清洗的部位可以定點(diǎn)針對(duì)定位清洗，但是要注意水流壓力防止缸蓋變形和空位的不準(zhǔn)確性。

③隨著科技的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)不斷提高，也在慢慢滲入到發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋工作中來(lái)[6]。它與傳統(tǒng)的流水線不同，被加工時(shí)不需要工人去搬運(yùn)很重的缸蓋，利用各個(gè)系統(tǒng)將工序和輔助裝備相互結(jié)合，精度要求高，缸蓋生產(chǎn)批量大，給工作人員提供了便捷。目前國(guó)內(nèi)的缸蓋自動(dòng)化水平與國(guó)外還存在一定的差異性，因此要不斷發(fā)現(xiàn)缸蓋中遇到的困難問(wèn)題，采用柔加工自動(dòng)線生產(chǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋生產(chǎn)方式和國(guó)外的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，與國(guó)外建立交流合作，創(chuàng)新式發(fā)展缸蓋的生產(chǎn)過(guò)程，不斷降低生產(chǎn)成本，縮短制作周期，高速建立加工中心，實(shí)時(shí)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋高精度的運(yùn)作能力。

5? 結(jié)語(yǔ)

總而言之，發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋作為發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件要不斷提高質(zhì)量。在缸蓋機(jī)加工處理時(shí)要注重細(xì)節(jié)問(wèn)題，避免缸蓋結(jié)合面的劃傷，在后續(xù)加工過(guò)程中檢測(cè)排氣側(cè)面的精基準(zhǔn)定位，合理安全的進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋機(jī)加工工藝，讓發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的質(zhì)量得到保障。

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