淺談發動機缸蓋機加工工藝與技術要點

潘立強

摘要： 發動機缸蓋在發動機中是不可缺少的零件，對發動機起到了保護和啟動的作用。隨著自動化的不斷滲透，發動機機加工工藝也在變化，加工工序不斷更新，本文主要闡述了發動機缸蓋的粗加工工藝和缸蓋的機加工工藝難點和注意事項，并且提出了發展發動機缸蓋機加工藝的關鍵要點，希望更好地發展自動化技術應用到發動機缸蓋加工工藝上去。

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.

關鍵詞： 發動機缸蓋;機加工工藝;機加工技術

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

中圖分類號：TH1;U46? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0095-02

0? 引言

缸蓋是發動機的的重要組織之一，它安裝在缸蓋缸體上方位置。發動機缸蓋從上部密封氣缸并構成燃燒室，經常與高溫高壓燃氣相接觸，因此承受巨大的熱負荷和機械負荷。水冷發動機的汽缸蓋內部制有冷卻水套，缸蓋下端面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通，利用循環水來冷卻燃燒室等高溫部分。

1? 發動機缸蓋結構特點

發動機缸蓋結構包括缸蓋本體，本體上設置有進氣道、排氣道、燃燒室和凸輪軸室，底部平面經汽缸襯墊，用螺旋固定并且緊拴在氣缸體上。它的特點是：具有足夠的強度和硬度，裝備基體通過定置氣門發動配氣機構，保證缸蓋在氣體氣壓和熱應力的作用下，能夠安全地工作。缸蓋形狀大多為六面體，多孔且薄，在缸蓋加工上的數量最多能達到100個，鑄造最薄處只有4.5mm。

2? 發動機缸蓋的粗加工工藝

發動機缸蓋加工工藝第一步是發動機缸蓋的粗加工工藝，在整個粗加工過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，由于鋁合金的導熱作用更加好，所以近幾年以來鋁合金缸蓋得到廣泛應用，在實際發動機應用中采用鋁合金材料也大大地減少了整機的重量，但是鋁合金由于剛度差在使用過程中容易出現變形現象;其次在建造缸蓋毛坯時要注意采用鑄造成型的手藝，建造機器澆鑄單元，大量生產發動機缸蓋時進行乳化沖洗減少過熱燒壞道具，也利于加工切削出來的金屬屑物的排出，由于科技的不斷進步，缸蓋毛坯可以快速成型，機械流水線上快速成型，對缸蓋毛坯的具體要求是缸蓋毛坯不能裂痕、采用剛度比較結實的原材料、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程中失敗率極低，這也大大降低財產損失;最后在加工環節中要保證澆鑄受冷均勻，如果不加以重視，會導致毛坯部件部分表面疏松的現象，注意時刻檢查澆注溫度以免出現失敗缸蓋。所以在發動機缸蓋的粗加工過程中應當注意每一個流程，正確并且認真操作，保證缸蓋運用的協調性，以免引起各種不良現象。

3? 缸蓋的機加工工藝難點和注意事項

3.1 平面加工工藝

在缸蓋生產加工過程中對平面加工工藝的要求極其嚴格，平面槽型凸輪在頂視圖、邊視圖反復檢查下，進行刀具路徑模式，才能進一步操作[1]。采用螺旋下刀方法，因為此下刀方法不會對工件造成振動影響，也達到了保護刀具的作用。平面加工中也可以采用自動換刀方式，這樣做既可以節省時間也方便了缸蓋的加工，避免反復換刀帶來的數據偏差。采用氣槍吹氣代替切削液沖洗，用氣槍達到散熱和保持生產流水線表面的清潔，防止生產線生銹。缸蓋工件完成時不能快速卸下，因為此時生產線還在高溫狀態下，輕易卸下會導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，再根據半徑和長度磨耗進行一改到位。要注意在平面加工時，下刀位置選擇恰當，下刀位置如果選擇不當，會導致整體缸蓋報廢。

3.2 高精度孔的加工

機械加工過程，有時會對一些位置精度和同軸度要求極高，零部件在這時要進行高精度孔的加工[2]。以工件的中心通孔圓心為坐標，進行定位基準，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孔的坐標位置，進行鉆孔加工直徑。鉆孔完成以后要測量有無誤差，確保鉆孔位置和實際理想位置出現的偏差數據保持在2mm以內，使用修光刃道具進行打磨。小孔的高精度加工要求軸度與底部垂直度保持在0.03mm，專用工裝前端安裝支持座，保證小孔在打造時更加精準度。

3.3 缸蓋氣門閥和導管底孔的加工

在這一部分的加工中直接影響了發動機的工作性能。發動機工作時由于可燃氣體是在缸蓋燃燒室壓縮后進行點燃，致使氣門閥會有很高的溫度所以這要求缸蓋氣閥門必須能夠夠承受住很高的熱負荷和耐磨性，并且還要具有很好的密封性。閥門桿在工作時中心容易發生偏離，導致導管底孔進行損害，因此在制造缸蓋氣門閥需要計算工作中偏離的方向和偏離數據。在大批量生產缸蓋時注意同軸準差規定，因為底孔同軸數據出現誤差會導致氣門閥座和導管孔精加工余量分配不均，進一步影響終加工精度。為保證閥座和導管孔底孔的同軸度公差，要穩定保持公差數據，要正確選擇定位基準的位置。實際工作中采用了專用復合刀具，并且分鉆擴、半精鏜、和精鏜等三道工序進行加工，精鏜為其中的中心環節，在進行精鏜工藝加工時，為了增強細長鏜桿的韌性，大多數采用硬質合金材質的鏜桿，由于硬質材料鏜桿的彈性模式比鋼約大三倍，支撐效果比鋼更好。精加工氣門閥座工作錐面要與缸體的接合面進行定位銷孔，由于工作啟動缸蓋會有機械數據偏差，而定位銷孔進一步穩定了相鄰閥座間的距離。在最終精加工時，采用定位方式會提高規定的精度，因此為了確保加工精度，必須減少定位誤差，推廣并且采用銷孔定位，增加一定數量的加工工位，在氣門閥和導管底孔的加工完成后，有專業人員可以進一步檢查機械的安全性，確定底孔的位置數據，減少數據偏差。

3.4 加工缸蓋凸輪軸孔

在加工缸蓋凸輪孔對孔的要求是不準許出現絲毫誤差的[3]。凸輪孔由下缸蓋和進、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，在鑄造時每個檔位設置有圓弧油槽，主要起到了潤滑的作用。加工缸蓋凸輪軸孔會產生少量碎屑，由于夾在縫隙中不能完全清潔干凈，會導致凸輪軸出現劃傷，因此在刀具的選擇上需要進行精加工：缸蓋凸輪軸孔和罩蓋與下缸蓋集合安裝后，因為缸蓋兩側組成的孔和孔徑非常不規則，需要專業人員通過各個方面進行分析、試驗和研究，且金屬加工人員經過專業的培訓，完全按照機械化生產準則進行生產，在對刀法的切割普及時，明確不同刀具的使用途徑。凸輪軸加工完成后，測量尺寸和安裝位置，標定合格后才能送檢。

3.5 缸蓋加工過程的毛刺

在缸蓋加工生產過程中出現的毛刺問題大致可以分為四類，即內孔毛刺、鏜孔毛刺、交叉毛刺和邊緣毛刺。毛刺產生的原因是由于刀具在工作中對缸蓋進行擠壓，機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。基于毛刺在每個機械上的位置不同，在處理方式上會變得困難一些。如出現在內孔的孔口、通口的進出口以及凹凸不平的機械底部，這些部位產生毛刺通常用刷子來去清理，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，主要原因是毛刷過軟，沒有辦法清潔到內孔底部;受缸蓋結構影響毛刷覆蓋面積不夠廣。這時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，如果毛刺的硬度達到十微米時，所需的高壓水射流壓力是30MPA以下，當毛刺硬度增加到一百微米以上，這時可能需要更高的高壓水射流作用力，因為毛刺達到這個數值往往和缸蓋本身建立了連接，需要從毛刺根部進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，既環保又節能。

4? 發展發動機缸蓋機加工藝的關鍵要點

①由于缸蓋尺寸較大時內應力會重新分布，導致變形，在大面積加工時要配備金剛石硬質合金刀具[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執行，粗加工后進行缸蓋的檢查后再去指導精加工，嚴格打磨缸蓋避免缸蓋結合面的損失，在精加工時注重缸蓋的質量，為避免精加工打磨工具時大幅度震動導致打孔位置偏差，結合自動化科技技術，融入到缸蓋加工中來。減少位置偏差。

②震動清潔缸蓋內部鐵屑雜物時候，同時定期檢查內容潤滑油，防止缸蓋不能正確運作[5]。缸蓋清洗工序作為輔助工序，對缸蓋的清潔度要求嚴格，缸蓋是一個復雜的多孔性、不規則的復雜鑄造箱體，在鑄造前不清潔會導致毛刺大面積擴散，使毛刺影響缸蓋的實際運作。后期鑄造完成不清洗會使砂子和鋁屑的殘留進入內孔底部，鋁屑在內部不斷堆積，安裝到發動機上缸蓋變熱，鋁屑受熱負荷影響，降低發動機使用壽命，所以應當注重發動機的清潔工序，對裝備不容易清洗的部位可以定點針對定位清洗，但是要注意水流壓力防止缸蓋變形和空位的不準確性。

③隨著科技的不斷進步，自動化技術不斷提高，也在慢慢滲入到發動機缸蓋工作中來[6]。它與傳統的流水線不同，被加工時不需要工人去搬運很重的缸蓋，利用各個系統將工序和輔助裝備相互結合，精度要求高，缸蓋生產批量大，給工作人員提供了便捷。目前國內的缸蓋自動化水平與國外還存在一定的差異性，因此要不斷發現缸蓋中遇到的困難問題，采用柔加工自動線生產，結合國內的發動機缸蓋生產方式和國外的發動機缸蓋生產經驗，與國外建立交流合作，創新式發展缸蓋的生產過程，不斷降低生產成本，縮短制作周期，高速建立加工中心，實時測量發動機缸蓋高精度的運作能力。

5? 結語

總而言之，發動機缸蓋作為發動機的關鍵零件要不斷提高質量。在缸蓋機加工處理時要注重細節問題，避免缸蓋結合面的劃傷，在后續加工過程中檢測排氣側面的精基準定位，合理安全的進行發動機缸蓋機加工工藝，讓發動機缸蓋的質量得到保障。

參考文獻：

[1]姚方方，于秀濤.快速砂型鑄造發動機缸蓋工藝設計與優化[J].特種鑄造及有色合金，2017，37（001）：34-37.

[2]何陽，譚松林，張永，等.液體火箭發動機工藝設計精益化發展展望[J].航天制造技術，2017（001）：7-10，16.

[3]韓海濱.汽車發動機裝配工藝探析[J].中國新技術新產品，2017（17）.

[4]劉超，張茂偉，呂玉紅，等.基于離散粒子群算法的航空發動機總裝工藝優化方法[J].航空發動機，2020，046（002）：81-86.

[5]董美琛，張煥亮.商用車發動機涂裝工藝設計淺析[J].電鍍與涂飾，2019，038（010）：467-471.

[6]金延安.發動機凸輪軸孔的設計與加工工藝安排[J].數控機床市場，2018.