汽車發動機缸體缸孔加工工藝

陳隆

廣西玉柴機器股份有限公司 廣西玉林 537005

1 序言

發動機缸體缸孔加工對精度要求較高，加工過程中影響因素多，工藝參數與加工效果之間存在著復雜的映射關系。當前，一些汽車制造企業在進行發動機試制時，對砂條的選擇和工藝參數的設定，主要依靠國內外供貨商提供的售后技術支援，對加工參數和加工質量之間的聯系只有經驗積累，而對其之間的多維度作用關系認識不清，造成了在現場對發動機缸體缸孔加工存在的問題反應遲鈍，從而影響了產量[1]。為了進一步提高加工質量，更好地解決發動機制造難題，對缸體缸孔加工流程進行分析和改善，制定可行的技術方案，提高了缸體缸孔加工效率，解決了生產中存在的問題。

2 缸體加工流程

發動機缸體加工主要包括銑削、鉆孔、研磨和車削等步驟。

（1）銑削 常用于加工平面、棱角和槽等。銑削時要注意刀具的厚度，以避免在加工過程中去除過多的材料。

（2）鉆孔 對套筒定位孔、氣門座等進行鉆孔加工。對于鋁合金材料而言，因其硬度較低，在鉆孔時很容易發生卡鉆或形成絨毛狀表面。

（3）研磨 研磨的主要任務是進行表面處理，使之達到所需的表面粗糙度和平整度。研磨時要注意磨盤的選擇，以及研磨軌跡的正確控制。

（4）車削 車削時，要確保機床基礎的承載力和穩定性，并注意加工后表面的修整。

3 缸孔加工流程

發動機上下缸體的壁厚相差較大，上下缸體內孔的直徑也存在一定差距，加工時易出現裝夾變形，從而導致后續工序定位誤差。同時，由于活塞在缸體內上下往復運動，因此容易出現活塞環和缸套的磨損問題。此外，活塞在加工過程中會受到往復運動的影響，容易出現切削溫度高、刀具磨損嚴重等問題。

活塞上下缸體內孔的直徑一般為7～9mm，且孔徑偏差較大，需要進行半精加工。活塞的厚度也存在較大差異，在加工過程中需要進行切削參數的調整。在粗加工、半精加工時，需要使用不同的刀具和切削參數進行加工。

3.1 粗加工

由于缸孔結構復雜，且存在較大的裝夾變形，所以在粗加工時需要對缸孔進行找正，并進行徑向、軸向的分度和定位。常用的找正方法包括在缸孔內壁表面加墊片、使用卡盤卡爪和鎖緊塊來輔助找正等。鏜孔時，應根據缸體的形狀與尺寸要求選擇合理的加工機床和切削用量，同時選擇合適的鏜刀，從而提高加工效率和質量。

3.2 半精加工

半精加工是在普通銑床上用銑削的方法對缸孔進行加工。將粗加工后的缸孔，通過加磨刀盤的方式進行半精加工，然后再進行精加工。由于缸孔直徑尺寸較小，在銑床上加工時采用徑向切削，刀具只需切削一個方向，因而大大減少了刀具磨損。

3.3 精加工

（1）加工表面 一般采用粗車后用平面磨床精磨，或用小直徑的砂輪在無油狀態下磨平。要求表面粗糙度值Ra≤0.2μm。

（2）缸孔中心線偏差的測量與調整 對每一個孔加工完畢后，根據圖樣要求，利用內徑千分尺測量其位置偏差，并利用平板儀進行校準。

（3）加工余量的調整 由于缸孔在粗車后往往會留有較大的余量，因此在精加工時要加以控制，一般情況下余量為0.05～0.1mm，以保證表面粗糙度值Ra≤0.2μm。

（4）檢查刀具磨損情況 由于缸孔的孔徑較大，切削力也比較大，所以在精加工前應檢查刀具磨損情況。

4 缸體缸孔加工常見問題

4.1 缸體加工常見問題

1）發動機缸體止推面的加工直徑是130mm，壓力為3.09M P a，加工過程中止推面極易出現磨損，導致加工質量降低[2]。

2）主軸孔經過加工后，每個擋位的兩邊都有飛邊，組裝后極易脫落，導致燒瓦。

4.2 缸孔加工常見問題

1）在對缸孔進行加工時，由于缸體的種類較多，而且其質量要求也比較高，因此在對其進行加工時，需要使用多種不同的設備和加工工藝，差異性的存在導致加工過程中出現一定的誤差。

2）在對缸孔進行加工時，需要將缸孔的尺寸和形狀精度控制在一定范圍內，如果控制不好，則會導致缸孔出現較大誤差。

5 缸體加工工藝優化

5.1 優化方案

1）對缸體鏜桿進行改造，編寫加工程序，使止推面直徑130mm增加至136mm，使壓力降至2.3MPa，從而解決了止推面易出現的質量問題。

2）增加用于切削主軸孔兩個端部的倒角工具，并編制相應的程序，以解決在切削過程中出現的飛邊問題[3]。

5.2 機床和鏜桿改造

由于缸體止推面磨損問題，導致曲軸軸向竄動間隙大的質量故障，因此需要加大止推面，將止推外徑由110mm增大到116mm，機體止推槽由φ130mm更改為φ136mm，壓力由3.09MPa下降到2.3MPa。目前，鏜桿推力直徑可達132.75mm，這已是鏜桿的極限。φ132mm鏜桿的長度已經為極限長度，為了確保鏜桿的安全，需要對其重新加工，才能達到止推槽直徑為136mm的要求[4]。

（1）機床鏜桿整改 鏜桿的沖程與滑塊橫切進給的沖程比是2∶1，止推槽的直徑要從130mm增大到136mm，則滑塊的橫切行程要增加3mm，鏜桿的沖程要增加6mm。針對該問題，需要整改滑塊及鏜桿限位擋銷。

（2）機床U軸限位整改 U軸傳動結構如圖1所示，U軸絲杠后備量19.3mm大于止推面，止推槽直徑由130mm增加到136mm后，U軸需要增加6mm的沖程，只需要將U軸脹刀限位的長度減短6mm即可滿足加工要求[5]；滑塊的橫切沖程要增加3mm，需要將滑塊脹刀的軟限位從原來的14.9mm修改為17.9mm；并需要對NC加工程序進行相應修改。

圖1 U軸傳動結構

（3）優化倒角刀具及程序 半精鏜、精鏜主軸孔工序，刀具磨損后，在每擋兩側都會擠壓出外翻飛邊，后續的去毛刺清洗工序不能將其去除，必須人工去除，否則組裝后有可能出現脫落，導致燒瓦故障[6]。

針對主軸各擋口兩側飛邊不能完全去除的問題，擬在加工工藝中，對各擋口兩側倒角進行0.5mm×45°的切削處理，并通過切削方式去除飛邊。為了達到這一目的，設計倒角刀具如圖2所示，并編寫倒角NC加工程序，分別從前后端偏心進刀，然后完成主軸孔飛邊的去除。

圖2 主軸孔倒角刀具

6 缸孔加工工藝優化

6.1 優化方案

1）根據發動機缸孔尺寸和形狀要求，調整機床和夾具等，保證缸孔的形狀精度。

2）對缸體缸孔結構特性和切削刀具磨損情況進行研究，改進缸孔切削工藝。

6.2 專用鏜床的使用

發動機缸體缸孔主要采用專用鏜床進行加工，這是因為專用鏜床具有一定的優勢，其采用鏜桿進行切削，不會產生較大的誤差，而且對于發動機缸體的表面粗糙度和圓度不會產生較大影響[7]，能夠將發動機缸體的尺寸精度、圓度和表面粗糙度控制在一定范圍內，使發動機的質量水平得到提高。但是在使用專用鏜床加工時，需要保證專用鏜床具有良好的剛性和精度。

6.3 夾具的使用

每一種類型和型號的缸體缸孔加工時所使用的夾具不同，需要根據其形狀和尺寸要求選擇相應的夾具。例如，如果需要對缸孔進行倒角處理，則使用套筒式夾具。

通常情況下，發動機生產企業為了提高生產效率和工作質量，通常會采用機械或者是人工定位的方式來完成工件的定位[8]。加工時需要將工件放置在專用夾具上，并用螺釘進行固定。

不同類型和型號的發動機缸體缸孔加工完成后，發動機生產企業會使用專門的工裝來拆卸和重新安裝夾具。

7 結束語

本文主要分析了汽車發動機缸體缸孔加工中存在的問題，通過工藝優化和措施改進，得出以下結論。

1）針對缸體止推面易磨損和主軸道有切屑、無法清洗干凈的問題，對機床鏜桿進行改造，并編制加工程序等，增大止推面直徑，降低壓力；優化倒角刀具及程序，分別從前后端偏心進刀，完成主軸孔飛邊的去除。

2）針對缸孔尺寸和形狀精度差的問題，根據形狀和尺寸要求選擇合適的機床和夾具，采用機械或人工定位方式，提高缸孔加工精度。

該文分析了汽車發動機缸體缸孔加工中存在的問題，通過機床鏜桿改造、倒角刀具優化、編制加工程序、選擇合適的機床和夾具并采用人工或機械定位，解決了止推面磨損、主軸孔有切屑及缸孔尺寸變形等難題。

文章的亮點是細致入微、措施得力。提高產品質量不僅需要工藝創新和經驗積累，更要掌握加工參數和加工質量之間的多維度作用關系，抓住問題的關鍵采取改進措施，問題自然會迎刃而解。

專家點評