发动机缸盖加工关键工艺研究

柳鹏飞

【摘 要】汽车生产过程中发动机缸盖是发动机非常重要的一部分，缸盖加工对于发动机整体性能有着一定影响。本文主要对发动机缸盖加工关键工艺进行分析，希望能够为相关人员提供一些帮助。

【关键词】发动机；缸盖；加工工艺；缸盖加工

在汽车发动机组成当中，一个关键件就是发动机缸盖，缸盖在发动机实际组成当中属于一个对多种零件组合实现承载的主体零件，缸盖加工质量优劣、精度高低直接影响发动机综合性能，基于此，各个发动机以及机床相关生产厂家都尤其关注缸盖加工质量和精度。

一、发动机气缸盖的简单介绍

发动机气缸盖，它主要是在缸体的上方，能够达到密封效果。其最大的作用就是能够形成一个密封式的燃烧室。因为气缸盖会长时间处在温度高和压力比较大的环境中，在使用时候必须保证其有一个良好的抗热和抗压能力。为了让其性能不受到高温影响，都会在其内部位置装一个冷却装置。冷却装置主要是通过水循环方式来降温。气缸盖的气门孔隙有两种类型。第一个类型就是导管孔，第二个类型就是底圈孔。这两者对于发动机正常使用能够起到很大作用。对于导管孔而言，定位时候精确度要求比较高要保持在0.1左右。它对整个发动机系统会产生巨大影响。通过发动机，能够让导管和底座之间的轴度偏差变小一些。这也是发动机最大的价值所在。相对于底圈孔而言，其也有两种类型。第一种类型就是进气，第二种类型就是排气。这两种类型之间也有着很大的差异，特别是在孔直径方面更加突出。这两者类型都有一个共同的优势。那就是在精确度保持方面相对比较好。在对气缸盖加工操作时候，对于导管孔和底圈孔加工标准和手段都有不同。工作人员在实操之前，一定要对这个底圈孔和导管孔特点有一个明确认知和了解。也只有在充分认知了解的基础之上，才能根据其特征选择更加合适的方案和合适的方法。毕竟一个好的方法能夠对气缸盖的质量产生巨大影响。在加工气缸盖时候，相关工作人员应该针对现阶段的问题不断分析和研究，然后找到最佳的解决方式。这样子才能改进其加工阶段和加工方法，对于促进其气缸盖质量和性能的作用是不言而喻的。

二、气缸盖材料分析

生活当中所使用到的气缸盖的功能比较多样，在汽车生产过程当中也能够发挥着重要作用。但是就其设计结构而言，它在发动机当中属于一个最复杂的部件，对于其加工精度要求会更加的严格。毕竟，整个气缸盖的加工精度能够对整个发动机性能和可靠性产生巨大作用。加工时候，要保证这个气缸盖能够承受住高温高压。同时，当其处在高温环境之下，还需要其具备承受热负荷的能力。为了让气缸盖密封性更加好。加工时候，气缸盖不能出现损坏，也不能出现变形情况。为了满足上述要求，气缸盖就应该具备足够的强度和刚度。通常情况之下，发动机气缸盖所使用的材料都是铝合金或者是蠕墨铸件。有时候也会使用到灰铸铁。一般汽油发动机喜欢采用铝合金材料，柴油发动机都是喜欢用灰铸铁或者是蠕墨铸铁。相比较而言，铝合金性能会比较好，导热会更加优良。对于整体压缩比非常有利。在生活当中，铝合金因为其性能优势，还会运用到一些复杂零件的生产中。比如说浇铸结构。

三、发动机缸盖加工关键工艺分析

3.1气缸盖平面的加工工艺

气缸盖的上下表面和进排气面都是密封安装面，平面的平面度、平行度及表面粗糙度等精度要求较高，是整个加工过程的基础。因此，要求机床具有较高的几何精度和刀具调整精度。现在PCD金刚石刀具已被广泛地应用到铝合金的加工中，PCD刀片可很好地保证加工面的精度，平面度可保证在0.04以内，粗糙度可达到Ra1.2以内（部分表面有网纹粗糙度区间要求，需调高部分刀片，通过调整转速及进给加工参数实现，保证其粗糙度在要求的范围内），其加工效率及刀具寿命至少比硬质合金刀具提高50%。目前，加工气缸盖各平面多采用可转位PCD面铣刀，常采用75°主偏角刀片，并根据加工要求安装不同数量的修光刃。进排气面因其结构常采用小直径的面铣刀，分粗精加工两道工序。上下端面有很高的精度要求，精加工时多采用大直径的面铣刀（Ф220面铣刀）一刀完成加工，可保证面的精度要求。

3.2高精度孔加工

缸盖上面的气门阀座、气门导管孔、挺杆孔和凸轮轴孔等，彼此之间的配合关系较为严格。加工过程中，要严格控制其表面的粗糙度、尺寸精度、位置精度等。因而，这些精度孔的加工工艺处于缸盖的核心工艺水准。缸盖气门阀座与气门导管一般都是同时进给加工。这种方案的优势可以一次定位，从而能够减少重复和误差，保障气门阀座以及气门导管的同轴度。有严格密封配合功能要求的气门阀座与气门锥面，对圆度及跳动有严格的要求；有运动件间配合要求的气门导管孔有很高的尺寸精度要求，且由于两者的材质不同，加工过程中对设备精度的选择、刀具材料及刀具结构的选用等有严格的控制。这将增大加工的总体难度[2]。

3.3气缸盖凸轮轴孔的加工

凸轮轴孔是气缸盖最长的孔，长径比达20，无法采用常规的镗刀和铰刀完成加工。如果采用转台回转自两端加工，无法消除转台的旋转定位误差及机床的定位误差。这就需要一种特殊的加工工艺，目前加工此孔多采用玛帕的导条镗刀（或与玛帕刀具结构类似）加工此孔。采用两把刀具完成此孔的加工，两把刀具均采用法兰盘结构，刀具在加工前需在机床调整刀具的跳动在3μm以内。刀具需在玛帕专用凸轮轴承孔调刀机构上调整精镗刀片，镗刀片的背锥一般调整为5～12μm，overhang一般为2～8μm，具体需要根据刀具的加工情况进行调整。第一把刀具为引导的导条镗刀，此刀具比较短，刚性好。刀具前端为两片可换PCD粗镗刀片，采用螺钉锁紧，后端为可调的PCD精加工刀片，刀具前端安装有三个PCD导条，以保证孔加工的圆度，后端为4个硬质合金导条，以起到对刀具的支撑作用。引导刀具完成第1档（直径Ф34.5H7，圆柱度0.01）的粗加工和第2档（直径Ф23H7，圆柱度0.01）的精加工。第2把刀具结构与第一把刀具结构类似，但是刀具长度更长，通常四缸机的凸轮轴承孔精加工刀具长度为420mm左右。采用第一把刀具加工的第2孔作为支撑孔（支撑孔一般比第二把刀具直径大5μm），粗精加工第3、4、5档孔，精加工第1档孔，从而完成凸轮轴孔的加工。加工中需保证冷却液充分覆盖，切削浓度一般控制在8%以上，切削液会在导条与凸轮轴孔间形成一层油膜，对刀体起到支撑作用，并避免导条不划伤孔壁。

3.4缸盖加工毛刺的优化

众所周知，缸盖所用的铝合金材料是塑性材料，加工中难免出现毛刺。解决毛刺问题的关键在于：一是加工中首先要选取合适的参数，二是提高工件材料的硬度。在加工过程中，通常运用高压水或尼龙刷来去除和弱化毛刺，这些操作有一定危险性，需要确保人身安全[3]。

四、结语

本文对缸盖加工及其工艺进行了介绍，分析了缸盖制造材料和加工生产线，深入探讨了当下主流的铝合金缸盖加工工艺特点，并从平面加工、高精度孔加工、气门导管底孔加工、凸轮轴孔加工、缸盖加工毛刺的优化等方面对工艺难点进行了梳理分析，提出了优化方案，最后还总结了缸盖加工流程的优化要点。我们认为，应不断加强缸盖尤其是铝合金缸盖工艺品质的优化研究，以适应未来汽车行业的发展要求。

【参考文献】

[1]盛兴涛，刘世毅.发动机缸盖加工工艺的优化研究[J].机电信息，2016，（21）：101-102.

[2]刘文超，于光超.探讨发动机缸盖加工的优化工艺[J].中小企业管理与科技，2015（26）：282-283.

[3]李金磊.铝合金发动机缸盖材料和铸造工艺的改进[D].合肥：合肥工业大学，2014：6-8.