發動機缸體缸孔曲軸孔及頂面的精加工工藝技術

黃海華

摘 要：本文研究對象是發動機缸體，涉及缸體頂面、缸孔及曲軸孔的精加工工藝。選用高速加工中心和珩磨機，配備定制夾具和輔助導向，并配以專用鏜刀和珩磨刀具，加工中心重復定位精度控制在0.002mm以內，優化加工程序來保證加工精度，包括頂面的平面度和粗糙度，缸孔的圓柱度、平行度、垂直度和同心度，曲軸孔的圓柱度、直線度和同心度等內容。此類加工工藝技術能夠提高發動機廠的缸體加工精度。

關鍵詞：發動機缸體頂面；缸孔；曲軸孔精加工工藝技術

以4缸直列發動機為例，缸孔的同心度要求最高，應控制在0.002mm以內，各缸孔的圓柱度和平行度控制在0.01mm以內，缸孔相對于曲軸孔中心的垂直度控制在0.05mm以內。曲軸孔的同心度控制在0.025mm以內，各曲軸孔的圓柱度控制在0.006mm以內，直線度控制在0.0125mm以內。頂面平面度控制在0.05mm以內，粗糙度Rt控制在0.005mm以內，只有保證滿足以上精度要求，發動機才會獲得可靠的穩定性，因此需要進行高精度加工工藝技術。

一、缸體缸孔精加工工藝制造技術

發動機是汽車的心臟，而缸體則是發動機的心臟，缸孔加工精度的高低將會對汽車的性能產生巨大的影響。以直列4缸發動機為例，缸體（下稱工件）裝載進入加工中心（水平臥式）工作臺，首先進行氣檢檢查該工件時否水平放置，檢查后液壓油驅動工作臺定制夾具對工件夾緊，最后調用鏜刀開始加工。缸體缸孔內的缸套多采用合金鑄鋼，硬度高，可選用CBN（立方氮化硼）刀片，鏜孔工序可安排為粗鏜，半精鏜和精鏜，預留約0.05mm余量到珩磨工序。鏜孔完成后，必須檢查各缸孔的位置度和垂直度。需要注意的是，在粗鏜加工時應對缸孔頂部做倒角處理，倒角寬度按照整機設計要求，倒角的目的是方便活塞的裝配。缸孔高度允許存在誤差，誤差范圍控制在0.02～0.03mm之間，超過這個區間，發動機性能可能會受到一定程度的影響[1]。

為實現缸孔要求的圓柱度、平行度和同心度，下面是對缸孔進行珩磨加工，珩磨工序可安排為粗珩、精珩和平臺珩，為提升效率，設計同一工位兩根珩磨頭同時工作。需要注意的是，珩磨前清潔度和定位應做好保障，清潔度是用珩磨液噴嘴持續沖洗定位面，同時定位面設計氣檢工藝，如果有異物導致氣檢不良時即發出報警；定位是應考慮在整機中缸體上組裝有缸蓋，因此缸孔珩磨前可采用模擬缸蓋，珩磨前組裝在缸體上，珩磨后再拆除。以上兩步可有效提升缸孔的精度等級。前述設計是兩根珩磨頭同時工作，因此必須在珩磨頭上安裝浮動主軸，同時在珩磨頭下部安裝導向擋鐵來保障珩磨頭能夠正常進行工作[2]。

二、缸體曲軸孔精加工工藝制造技術

一般而言，汽油型發動機的最大轉速是6000r/min，為了使曲軸孔滿足精度要求，需要控制曲軸孔的直徑誤差，范圍是±0.015mm以內。以直列4缸發動機為例，缸體（下稱工件）裝載進入加工中心（水平臥式）工作臺，首先進行氣檢檢查該工件時否水平放置，檢查后液壓油驅動工作臺定制夾具對工件夾緊，最后調用鏜刀開始加工。缸體曲軸孔的設計多為瓦蓋與缸體組裝而成，瓦蓋材料采用合金鑄鐵，所以加工時刀片需要同時對應鋁合金和鑄鐵兩種材料，因此一般選用硬質合金刀片，鏜孔工序可安排為粗鏜和精鏜，預留約0.03mm余量到珩磨工序。鏜孔完成后，必須檢查各曲軸孔的位置度和直線度。需要注意的是，在粗鏜加工時應對曲軸孔兩側做倒角處理，倒角寬度按照整機設計要求，倒角的目的除去曲軸孔兩側的翻邊和毛刺，防止曲軸軸瓦中進入異物導致抱死。另外，如果缸體上設計有曲軸后油封，那么后油封孔應和曲軸孔同時進行鏜削加工，以保證同心度。

為實現曲軸孔要求的圓柱度、直線度和同心度，下面是對曲軸孔進行珩磨加工，珩磨工序設計為一根珩磨頭兩次往復加工。同樣需要注意的是，珩磨前清潔度應做好保障，清潔度控制方法同上述缸孔珩磨工位設計。

三、缸體頂面精加工工藝制造技術

缸體頂面是連接缸蓋的重要結合面，頂面加工的優劣直接影響到發動機的壽命，如果頂面加工精度不足，可能導致發動機油水混合，嚴重時直接導致發動機報廢。缸體（下稱工件）裝載進入加工中心（水平臥式）工作臺，首先進行氣檢檢查該工件時否水平放置，檢查后液壓油驅動工作臺定制夾具對工件夾緊，最后調用盤銑刀開始加工。缸體頂面多為純鋁合金材料，以起亞GAMMA缸體為例，選用直徑250mm的京瓷盤銑刀，盤銑刀安裝12片PCD切削刃和3片PCD修光刃，一次銑削完成，隨后調用尼龍毛刷圍繞頂面刷除毛刺和改善銑削粗糙度。頂面加工完成后，必須檢查頂面平面度和粗糙度。同時，定期檢查加工中心工作臺定位面平面度和定位銷磨損狀態，以及檢查刀片的磨損狀態。

四、結語

發動機缸體的缸孔、曲軸孔、頂面加工是缸體加工線的重點品質工序，夾具和輔助導向的設計必須按照工件外形定制設計，加工中心重復定位精度必須定期檢查。在刀具選擇方面，應選用專用鏜刀和滿足對應鋁合金、合金鋼、鑄鐵硬度的刀具材料。在具體的批量生產上，控制好切削參數和精度偏差，同時在珩磨機加工完成后，應定期檢查網紋平臺率和網紋角度，所有這些保障缸體加工的精度水平以及滿足整機裝配要求。

參考文獻：

[1]李文迪，王合增，楊紅梅.精銑缸體底面鉆鉸定位銷孔數控機床的研發[J].組合機床與自動化加工技術，2013，06：124-126+129.

[2]彭小敢.精銑頂面、精鏜缸孔DKM042組合機床的研制[J].制造技術與機床，2013，07：49-51.endprint