汽車發動機缸蓋柔性機加工線工藝設計及應用

梁鋒 韋華居 梁慶才

摘 要：缸蓋作為汽車發動機的核心部位之一，他的加工工藝設計就十分重要。本文重點介紹缸蓋柔性機的材料和機械成型的全部生產設計的全過程。結合汽車發動機缸蓋柔性機加工的實際情況，根據設備的型號不同，以及工人的現場的操作情況的不同，相應的做出科學合理的規劃。把握重點的環節，合理的安排整個加工線的生產工作，合理的提高整體的生產效果。本文針對汽車發動機缸蓋柔性機的加工線中的缺陷進行分析總結，并相應的提出建設性的意見。

關鍵詞：汽車發動機缸蓋 柔性機加工線 工藝設計

1 簡述加工汽車發動機的缸蓋柔性機的重要性

1968年英國發明了世界上第一個柔性制造系統，柔性制造系統發展至今已經取得了很大的發展進步。企業各自結合自己的生產實際切實更新定制適合自己企業的柔性機加工生產線。以柳州市的五菱柳機動力有限公司為例，該公司于2004年投資建設了兩條柔性的加工生產線即汽車發動機缸蓋的柔性機加工線的生產工藝。缸蓋是發動機的主體零件之一，缸蓋位于整個發動機的上部。缸蓋的缸墊、螺栓、氣缸能夠牢固的作用為一體。缸蓋的主要功能包括如下三個方面，封閉氣缸的上部讓整個活塞頂部同汽缸壁共同工作成為一個燃燒室。定制整個發動機的氣門以及之后的一系列的配氣零部件，形成整個排氣管和出水管的主要裝配基礎系統。氣缸內部含有的冷卻水套。氣缸面上冷卻水桶內部冷卻水相互連接，可以結合循環水系統將內部的高溫能量冷卻下來。由此可見，整個汽車發動機缸蓋的加工工藝十分復雜有很大的精度要求。因為缸蓋是整個汽車發動機的核心部件，缸蓋的精度以及質量的優劣對于整個發動機的整體的使用質量以及使用年限有很大的影響。整個發動機的缸蓋內部的關鍵零件主要是進氣孔，排氣孔以及氣門座圈。氣孔以及氣門座圈是影響整個發動機缸蓋的燃燒質量的重要部位，進而會對發動機整體的性能以及品質有很大的影響效果。

2 簡述汽車發動機缸蓋柔性機加工線的工藝設計過程

2.1 發動機缸蓋的特點

發動機缸蓋的結構特點主要涉及到以下兩個方面，首先是要保證發動機的缸蓋能夠在氣體的強力壓力以及熱力效應的作用下能夠有足夠的剛度以及強度維持穩定的工作效果。其次氣缸蓋是一個六面體形狀多孔薄壁的零件，孔壁的數量多達100個左右，最薄的部分大概3.5mm左右。主體的材料性質為鋁合金整體的氣門座以及氣門導管采用的是粉末冶金的方法，氣門座以及氣門導管壓入作業后需要進行精加工。整個主體部分帶有凸輪軸孔火花塞孔以及螺紋孔等。

2.2 發動機缸蓋材料簡介

汽車發動機的缸蓋材料一般是以鋁合金，灰鑄鐵，蠕墨鑄件這三種為主。根據汽車選用的燃油種類不同進行具體的材料選擇。比如汽油發動機一般是采用鋁合金作為缸蓋的原材料，柴油發動機通常則采用灰鑄鐵或者蠕墨鑄件作為主要材料。對于部分小型的柴油發動機以及對重量有特殊要求的柴油發動機也會采用鋁合金作為缸蓋材料。隨著現今節能環保理念的積極倡導，導致對于發動機的排放量有著越來越嚴格的要求，相應的強度也要增強。柴油發動機在以往的四氣門缸蓋中會經常出現氣門間的裂紋。這就需要從缸蓋產品的結構布置，新材料的使用，鑄造毛坯澆注，發動機的加工工藝等其他方向進行分析討論。解決這些問題重點就是要活用蠕墨鑄鐵。作為解決問題的有效手段之一，分析三種材質不同的發動機缸蓋的真實情況相應的使用不同的刀具種類進行切削參數。就能夠發現鋁合金的加工效率最高蠕墨鑄鐵的加工效率最低。一旦刀具以及切削的參數選擇不匹配會造成蠕墨鑄鐵加工效率比灰鑄鐵加工效率低至少30%。

2.3 缸蓋柔性機加工線工藝設計與設備概述

在現代的汽車缸蓋柔性機加工工藝之中鋁合金缸蓋的生產線一般是采用加工中心形成的柔性制造系統，加工設備一般是采用電主軸為主要部件的加工設備。電主軸的轉速可以超過7000轉。對于灰鑄鐵和蠕墨鑄鐵汽車發動機缸蓋生產線設備分配則主要是三種設備分布形態。一是適用于大批量的設備生產定型缸蓋。這樣的生產線對于整個產品的生產周期內對于產品的更改要求較少。整體的生產效率高，刀具等一系列的運行成本也很低。缺點是一旦出現產品的設計變更的現象，在對生產線做出相應的調整的時候就會相當的麻煩，改造工程任務量大以及改造生產的工程任務量大相應的會造成成本的浪費。第二種是加工中心的專用生產設備生產線，這種情況就適用于整個產品生產的整個生產周全，可以對與產品的小變動進行及時的處理，這能形成剛性同柔性的完美有機結合。全部由加工中心的柔性生產線構成的流水線則比較適合產量較低湖綜合還沒有完全確定型號的發動機產品的生產加工。這樣的生產線成本比較高，加工灰鑄鐵或蠕墨鑄鐵的生產加工中心通常都會采用機械主軸。

對于汽車發動機的缸蓋柔性加工生產線，對于頂底面可以選用立式加工中心的生產方法進行生產加工。對于四側面孔的加工則可以選用臥式加工中心的方法完成設計。同立式加工中線相比較而言，臥式的加工中心的性價比并不是那么容易讓用戶接受，所以這種方式多應用一次多件裝夾和立式加工中心安置的第四回轉軸的方式。在實際的缸蓋加工中，大量使用立式加工中心的設備設計布置方案也是更具優勢的投資成本方案。在生產線的整體布置之中，常使用的集中工序單元是一或U型布線。除此之外，高水平的工藝方案設計人員需要認真謹慎的考慮進去物流最迅速的方案，以及相關的作業人員的人員配置，線節拍平衡，投資與產出綜合成本等其他關乎汽車發動機缸蓋柔性機加工線工藝設計優化的工藝。

對于現實的實際加工線工藝設計以及設備從柔性角度出發，一般會選擇進口的立式加工中心作為整體的加工方案。這樣同選擇臥式的加工中心進行比較，可以在達到加工要求的基礎之上減少設備費用的支出。結合數控機床技術的深入發展，立式加工中心的優勢更加明顯。

3 維護設備提高生產效率

根據生產的實際需要對設備使用要求頻率等因素進行判斷選擇合適的維護方案，保養主要以維修工主導操作人員進行輔助有目的性的對高危零部件進行日常保養維護，雖然不能立即徹底的排除危險隱患但是可以最大限度的將故障銀魂消滅在萌芽狀態里。設備的預防性維護計劃要詳盡規定時間標準周期以及需要的時間。

每年的年終要對上一年的機器狀態進行總結然后相應的提出下一年的規劃為了保證高效壓低成本要多方參考，考慮零部件的更換以及是否引用新技術。設備的管理員作為最了解機器情況的人要根據設備的實際狀況和說明書檢修記錄進行備案記錄。針對特殊部位要進行潤滑報備，制定科學的周期進行保養維護。設備管理員要事先報備自己的工作需要物品以及指定的工作人員確認維護檢修內容。施工維護負責人要事先確定物料和工作人員人手做好相關的安全措施做好相關的記錄。這一系列的工作都要依據相關的規定做好記錄。對照計劃進行施工針對相關人員的物料支取要進行實際的簽名確認比照計劃一項一項執行，最后要對設備進行檢查。

4 結語

要保證發動機的缸蓋能夠在氣體的強力壓力以及熱力效應的作用下能夠有足夠的剛度以及強度維持穩定的工作效果，這就需要保證汽車發動機缸蓋的質量過關。根據優化成本的原則選擇進口的立式加工中心作為整體的加工方案，可以減少設備費用支出的同時結合數控機床技術使立式加工中心得到進一步優化發展。同樣的還需要維持整加工生產線設備的穩定性，要科學有效的進行設備檢修以免出現誤工現象。

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