论文部分内容阅读
[摘 要]发动机是汽车核心动力部件，是提供汽车动力的装置，其主要由缸体、缸盖、曲轴以及其它一系列零件组成。缸盖作为发动机的重要组成部件，其加工质量直接影响发动机质量，影响汽车整车性能的发挥。本文主要对发动机缸盖加工难点进行分析。
[关键词]发动机；缸盖；工艺；设备；刀具；切削液
中图分类号：TU346 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）37-0203-01
概述
近年来中国汽车行业发展迅速，市场竞争激烈，对汽车制造质量的要求越来越高。发动机作为汽车的核心部件，对其质量要求尤其严苛，缸盖是发动机的主要零件，其加工质量极大程度上影响发动机的质量。对缸盖加工质量的提升，尤其是缸盖的关键部位精度的提升，是一项重要工作。缸盖结构复杂，加工工艺复杂，关键部位也是加工的难点部位。
1.缸盖功能介绍
缸盖在发动机上属于配气机构，装在缸体上面，与缸体气缸、活塞配合构成燃烧室，并作为凸轮轴（顶置凸轮轴式发动机）、摇臂轴及进排气管的安装支撑。发动机工作时，把空气由进气道吸入燃烧室，与燃油混合后形成可燃气体，可燃气体点燃后带动活塞做功，形成的废气由排气道排出。
2.缸盖结构介绍
缸盖有燃烧室，燃烧室内装有进、排气门座圈，进、排气门导管；有进气通道和排气通道，与燃烧室相通；有火花塞孔，与燃烧室相通；顶置凸轮轴式发动机的缸盖上有凸轮轴孔；缸盖内部有水套用来冷却，有油道、油池用来润滑。
3.缸盖加工难点分析
缸盖一般采用灰铁或铝合金材质，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，且重量轻，所以近年来铝合金缸盖被采用得越来越多。本文单就顶置凸轮轴式发动机铝合金缸盖加工难点进行介绍。
3.1 面的加工
3.1.1 与缸体的结合面
加工难点：此面需要与缸体结合构成燃烧室，为防止燃烧室漏气的问题发生，对与缸体之间的密封性要求严格。一般采用缸垫密封，加工面的平面度及粗糙度越小越好。
解决方法：为保证平面度加工合格，要一次走刀加工成型，避免往复走刀产生接刀痕迹，这就需要采用直径大于缸盖底面宽度的刀盘（一般选择φ200或以上）。而刀盘的直径越大，其重量越大，加工中设备主轴的负荷越大，随之加工不稳定性增大，易造成加工质量不稳定。解决此问题的方法一般是选择铝合金基体的刀盘，以减轻其重量。为保证粗糙度加工合格，需要刀具足够锋利，与工件相对摩擦力较小，一般选择PCD材质的铣刀片，采用高速切削方式加工，且采用内冷方式对刀具进行润滑和冷却。
3.1.2 与正时罩盖的结合面
加工难点：此面与正时罩盖结合，形成链轮室，为避免漏油问题发生，对密封要求同样严格。因密封面结合面积小，一般采用硅胶方式密封。为保证硅胶的有效附着，此面的粗糙度既不能太大，也不能太小，即有最大值及最小值粗糙度限制的区间粗糙度要求，甚至会有厂家将此面设计成特殊的纹路要求。
解决方法：为达成区间粗糙度要求，选用的刀盘与一般刀盘会有所不同，重点体现在刀片刃部的处理上。为使加工面的粗糙度较小，一般刀片刃口处理会选择大圆弧型（R500或以上），而满足区间粗糙度的加工要求，需要在此基础上增加破坏刃，破换刃的刃口设计较短，没有大圆弧设计，但高度可调整。在一个刀盘上间接地安装几片这种刀片，通过高度调整，使其略微高于或低于普通刀片，就可实现粗糙度的调整加工。
3.2 孔的加工
3.2.1 凸轮轴孔
加工难点：常见的缸盖凸轮轴孔一般会分为进气和排气两排，每排凸轮轴孔一般由3-5个挡（孔）组成。凸轮轴安装在此孔内，通过旋转驱动挺杆，实现发动机配气循环。为保证旋转稳定，对各挡凸轮轴孔的同轴度要求很高，否则易出现凸轮轴早期磨损、抱死等问题。
解决方法：为保证各挡凸轮轴孔的同轴度要求，需要尽量减少加工次数，即使用一把刀具一次走刀加工完所有档位凸轮轴孔最好。一般有两种方法。
⑴外导向式加工
此种方式一般会选择专机配合镗刀来完成加工。在工件夹具外侧设计安装有导向装置，夹具设计有上升/下降的讓刀装置。在加工时，夹具带动工件运行至让刀位置，镗刀通过工件凸轮轴孔进入导向装置后，夹具带动工件运行至加工位置，开始对凸轮轴孔的加工，加工完成后，夹具带动工件运行至让刀位置，镗刀退出。
此种方式能实现一把刀具一次走刀加工完所有档位凸轮轴孔，同轴度保证能力最强，但效率低，同时因为选择专机，导致柔性差，不能同台设备加工多个机型。
⑵自导向式加工
此种方式一般选择加工中心配合单刃铰刀来完成加工。单刃铰刀在刀片之后有3个导向条，刀具加工时，切削液会在导向条与已加工孔壁之间形成一层油膜，对刀体起到支撑和润滑的作用，用来平衡刀片切削时产生的径向分力，保证加工孔径及直线度。
此种工艺需要由2把铰刀分两步加工，一把短刀，一把长刀。设计短刀是为保证刀具刚性，用来加工首个凸轮轴孔，保证其加工的位置度，给后面的长刀起引导作用。长刀设计满足除首个孔外的所有孔加工，用以保证同轴度的加工要求（因设计长度较长，刚性较差，加工前需要有短刀加工的导向孔支撑）。
此种加工方式能满足凸轮轴孔同轴度要求，且使用设备为加工中心，柔性强，为当前首选加工方式。
3.2.2 气门座圈、导管孔
加工难点：气门需要在导管孔内往复运动，使气门头与座圈的密封环带有规律的贴合、脱开，以实现发动机的配气循环。为避免气门头与座圈环带贴合时密封失效，引起发动机抖动、功率降低等问题，对座圈环带相对于导管孔的跳动要求非常严格。
解决方法：影响座圈环带相对导管孔跳动的参数可以分解为3个，分别为座圈环带与导管孔的相对位置度、座圈环带的圆度、导管孔的直线度。
座圈环带与导管孔的相对位置度可以通过使用复合刀具的方法，同步加工完成来保证；座圈环带的圆度使用镗削的方式容易保证；因导管孔直径较小（φ5到φ8之间），长度较长（50-80mm之间），长径比多数在10以上，保证导管孔的直线度加工难度较大。
一般采用两种加工方式来解决此问题。
⑴导向式单刃铰刀加工
与加工座圈部位的刀具复合在一起，刀具形式为导向式单刃铰刀。此种铰刀与前面介绍的加工凸轮轴孔的铰刀为同一种形式，对其结构不再复述。
因为此种铰刀只有1个切削刃，所以切削效率较低。
⑵导向式多刃铰刀加工
与加工座圈部位的刀具复合在一起，刀具形式为导向式多刃铰刀。此种铰刀与一般铰刀的不同点，在于切削刃后端连接刀具柄部的过渡部位，增加了导向条结构。与单刃导向条式铰刀一样，此刀具在加工之前，需要一把短刀加工其1.5倍径以上的引导孔。
此种铰刀可以设计4-6个切削刃，切削效率较高。
4.结束语
本文从工艺和刀具两方面，对发动机缸盖加工中的难点进行了分析并讨论了解决方法。随着汽车行业以及机械制造技术的不断发展，必然会有更好的加工方式来解决这些难点，使发动机制造技术不断提高，更好的为发动机质量保驾护航。
[关键词]发动机；缸盖；工艺；设备；刀具；切削液
中图分类号：TU346 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）37-0203-01
概述
近年来中国汽车行业发展迅速，市场竞争激烈，对汽车制造质量的要求越来越高。发动机作为汽车的核心部件，对其质量要求尤其严苛，缸盖是发动机的主要零件，其加工质量极大程度上影响发动机的质量。对缸盖加工质量的提升，尤其是缸盖的关键部位精度的提升，是一项重要工作。缸盖结构复杂，加工工艺复杂，关键部位也是加工的难点部位。
1.缸盖功能介绍
缸盖在发动机上属于配气机构，装在缸体上面，与缸体气缸、活塞配合构成燃烧室，并作为凸轮轴（顶置凸轮轴式发动机）、摇臂轴及进排气管的安装支撑。发动机工作时，把空气由进气道吸入燃烧室，与燃油混合后形成可燃气体，可燃气体点燃后带动活塞做功，形成的废气由排气道排出。
2.缸盖结构介绍
缸盖有燃烧室，燃烧室内装有进、排气门座圈，进、排气门导管；有进气通道和排气通道，与燃烧室相通；有火花塞孔，与燃烧室相通；顶置凸轮轴式发动机的缸盖上有凸轮轴孔；缸盖内部有水套用来冷却，有油道、油池用来润滑。
3.缸盖加工难点分析
缸盖一般采用灰铁或铝合金材质，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，且重量轻，所以近年来铝合金缸盖被采用得越来越多。本文单就顶置凸轮轴式发动机铝合金缸盖加工难点进行介绍。
3.1 面的加工
3.1.1 与缸体的结合面
加工难点：此面需要与缸体结合构成燃烧室，为防止燃烧室漏气的问题发生，对与缸体之间的密封性要求严格。一般采用缸垫密封，加工面的平面度及粗糙度越小越好。
解决方法：为保证平面度加工合格，要一次走刀加工成型，避免往复走刀产生接刀痕迹，这就需要采用直径大于缸盖底面宽度的刀盘（一般选择φ200或以上）。而刀盘的直径越大，其重量越大，加工中设备主轴的负荷越大，随之加工不稳定性增大，易造成加工质量不稳定。解决此问题的方法一般是选择铝合金基体的刀盘，以减轻其重量。为保证粗糙度加工合格，需要刀具足够锋利，与工件相对摩擦力较小，一般选择PCD材质的铣刀片，采用高速切削方式加工，且采用内冷方式对刀具进行润滑和冷却。
3.1.2 与正时罩盖的结合面
加工难点：此面与正时罩盖结合，形成链轮室，为避免漏油问题发生，对密封要求同样严格。因密封面结合面积小，一般采用硅胶方式密封。为保证硅胶的有效附着，此面的粗糙度既不能太大，也不能太小，即有最大值及最小值粗糙度限制的区间粗糙度要求，甚至会有厂家将此面设计成特殊的纹路要求。
解决方法：为达成区间粗糙度要求，选用的刀盘与一般刀盘会有所不同，重点体现在刀片刃部的处理上。为使加工面的粗糙度较小，一般刀片刃口处理会选择大圆弧型（R500或以上），而满足区间粗糙度的加工要求，需要在此基础上增加破坏刃，破换刃的刃口设计较短，没有大圆弧设计，但高度可调整。在一个刀盘上间接地安装几片这种刀片，通过高度调整，使其略微高于或低于普通刀片，就可实现粗糙度的调整加工。
3.2 孔的加工
3.2.1 凸轮轴孔
加工难点：常见的缸盖凸轮轴孔一般会分为进气和排气两排，每排凸轮轴孔一般由3-5个挡（孔）组成。凸轮轴安装在此孔内，通过旋转驱动挺杆，实现发动机配气循环。为保证旋转稳定，对各挡凸轮轴孔的同轴度要求很高，否则易出现凸轮轴早期磨损、抱死等问题。
解决方法：为保证各挡凸轮轴孔的同轴度要求，需要尽量减少加工次数，即使用一把刀具一次走刀加工完所有档位凸轮轴孔最好。一般有两种方法。
⑴外导向式加工
此种方式一般会选择专机配合镗刀来完成加工。在工件夹具外侧设计安装有导向装置，夹具设计有上升/下降的讓刀装置。在加工时，夹具带动工件运行至让刀位置，镗刀通过工件凸轮轴孔进入导向装置后，夹具带动工件运行至加工位置，开始对凸轮轴孔的加工，加工完成后，夹具带动工件运行至让刀位置，镗刀退出。
此种方式能实现一把刀具一次走刀加工完所有档位凸轮轴孔，同轴度保证能力最强，但效率低，同时因为选择专机，导致柔性差，不能同台设备加工多个机型。
⑵自导向式加工
此种方式一般选择加工中心配合单刃铰刀来完成加工。单刃铰刀在刀片之后有3个导向条，刀具加工时，切削液会在导向条与已加工孔壁之间形成一层油膜，对刀体起到支撑和润滑的作用，用来平衡刀片切削时产生的径向分力，保证加工孔径及直线度。
此种工艺需要由2把铰刀分两步加工，一把短刀，一把长刀。设计短刀是为保证刀具刚性，用来加工首个凸轮轴孔，保证其加工的位置度，给后面的长刀起引导作用。长刀设计满足除首个孔外的所有孔加工，用以保证同轴度的加工要求（因设计长度较长，刚性较差，加工前需要有短刀加工的导向孔支撑）。
此种加工方式能满足凸轮轴孔同轴度要求，且使用设备为加工中心，柔性强，为当前首选加工方式。
3.2.2 气门座圈、导管孔
加工难点：气门需要在导管孔内往复运动，使气门头与座圈的密封环带有规律的贴合、脱开，以实现发动机的配气循环。为避免气门头与座圈环带贴合时密封失效，引起发动机抖动、功率降低等问题，对座圈环带相对于导管孔的跳动要求非常严格。
解决方法：影响座圈环带相对导管孔跳动的参数可以分解为3个，分别为座圈环带与导管孔的相对位置度、座圈环带的圆度、导管孔的直线度。
座圈环带与导管孔的相对位置度可以通过使用复合刀具的方法，同步加工完成来保证；座圈环带的圆度使用镗削的方式容易保证；因导管孔直径较小（φ5到φ8之间），长度较长（50-80mm之间），长径比多数在10以上，保证导管孔的直线度加工难度较大。
一般采用两种加工方式来解决此问题。
⑴导向式单刃铰刀加工
与加工座圈部位的刀具复合在一起，刀具形式为导向式单刃铰刀。此种铰刀与前面介绍的加工凸轮轴孔的铰刀为同一种形式，对其结构不再复述。
因为此种铰刀只有1个切削刃，所以切削效率较低。
⑵导向式多刃铰刀加工
与加工座圈部位的刀具复合在一起，刀具形式为导向式多刃铰刀。此种铰刀与一般铰刀的不同点，在于切削刃后端连接刀具柄部的过渡部位，增加了导向条结构。与单刃导向条式铰刀一样，此刀具在加工之前，需要一把短刀加工其1.5倍径以上的引导孔。
此种铰刀可以设计4-6个切削刃，切削效率较高。
4.结束语
本文从工艺和刀具两方面，对发动机缸盖加工中的难点进行了分析并讨论了解决方法。随着汽车行业以及机械制造技术的不断发展，必然会有更好的加工方式来解决这些难点，使发动机制造技术不断提高，更好的为发动机质量保驾护航。