大功率船用發動機氣缸蓋加工關鍵工藝技術研究

陳廣平

摘 要：文章結合企業工作實踐，分析了氣缸蓋機械加工中的部分難點，并詳細說明如何解決加工中存在的加工的難題。希望通過文章的分析，能夠促進相關工作的發展。

關鍵詞：氣缸蓋單元；氣缸蓋；加工工藝

中圖分類號：S219.031 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0074-02

引言

我公司新近引進的MAN B&W新開發的內燃機是世界上最先進的柴油機。如L27/38、L28/32等柴油機具有結構緊湊體積小，管系少，安裝調試方便、功率大等優點，單缸輸出功率可以達到340kW以上。新機型的主關件結構很復雜，加工更困難，尤其柴油機的心臟“氣缸蓋單元”的加工質量好壞直接影響到柴油機的整體性能。本文將分析“氣缸蓋單元”中的關鍵件氣缸蓋關鍵加工技術。

1 氣缸蓋氣閥導管加工關鍵工藝

1.1 氣閥導管等孔加工難點一：氣閥導管帶冷鐵

氣缸蓋由于結構緊湊，集成了許多零件的功能，同時也增加氣缸蓋高精度孔的數量，并且許多孔的形位公差也相當高。如氣閥導管孔和閥座孔的同軸度，噴油器導管孔中各檔孔之間的同軸度，另外進氣管、排氣管孔、冷卻水腔孔等空間位置均有要求，并且氣閥導管孔不規則，中心有鑄造冷鐵存在。

如圖1所示某機型氣缸蓋氣閥導管孔直徑只有Φ32mm，四個孔平均長度達145mm，徑長比達0.22。采用以銑刀為主的加工方案，在批量生產過程中發現同軸度不穩定。經過分析發現冷鐵對加工精度影響很大，另外銑刀由于螺旋槽的存在剛性大大降低。改進工藝方案，增加鏜刀，加強刀具剛性及對預加工孔的修正；另外考慮到細長孔的加工狀況立式加工中心要比臥式加工中心好，將大部分工序集中在立加上加工，經過實踐證明效果較好。

1.2 氣缸蓋氣閥導管等孔加工難點二：氣閥導管帶“窗口”

圖2是類似某機型氣缸蓋氣閥導管局部圖示意圖，其中φ104H7、φ102H7、φ27H7各孔有同軸度和光潔度要求，φ27H7孔一側有不規則鑄造窗口。整個復合孔與其他基準位置度要求小于0.05。

工藝方法：設計新刀具結合新工藝解決“窗口問題”。

對于圖2所示Φ27H7孔，是一種高精度破斷孔。以前我們采用一般的加工工藝：“φ23鉆頭→φ25擴孔鉆→φ26.8粗鏜刀→Φ27H7精鏜刀”的方法來加工。但是由于Φ27H7孔中一側有鑄造窗口（即破斷孔），加工過程中軸向及徑向受力不連續，刀具很容易偏向一邊，形成橢圓。同軸度無法保證；并且，零件材料含碳量為3.3～3.8%，含硅量2.2～2.5%，精鏜刀加工光潔度不很理想，不能達到圖紙要求。進行了若干次工藝改進，最后用新的工藝手段結合設計新刀具的方法基本完成了加工任務，具體做法如下：

（1）工藝改進：為了解決加工過程中很容易偏向一邊的問題，在加工時盡可能的采用鏜銑削。φ23鉆頭鉆通零件后，再采用兩次粗鏜，加工尺寸至φ26.8，只留下精鉸余量，這樣極大地修正了由于窗口存在所導致的偏斜問題，雖然不能完全滿足同軸度要求，但除了窗口區域外基本滿足跳動要求。

（2）設計刀具：為了解決Φ27H7精鏜刀加工表面光潔度比較低問題，決定采用鉸削工藝進行加工，但經過試加工，普通鉸刀依然存在“偏向一邊”問題。為此，經過若干次實驗，設計了一種如圖3所示的硬質合金左螺旋鉸刀，加工結果令人滿意。

2 搖臂軸槽加工復雜，精度要求高

某機型氣缸蓋的搖臂軸孔如圖4所示，φ43H8孔與φ38E8跳動度要求0.04mm、與32.2±0.05槽垂直相交、與φ43H8與φ13.5及φ12油孔不過中心相交。由于孔與槽相交、孔與孔相交，并且精度要求高，加工精度很難保證。

工藝方法：采用“先易后難，逐個解決問題”的方法來加工。

（1）在立式加工中心上將φ13.5mm孔和φ12mm孔鉆到位。（2）在立式加工中心上用φ30、φ32立銑刀分9次粗加工32.2±0.05槽至32mm寬。（3）在立式加工中心上用φ32.2成型立式銑刀一刀精加工32.2±0.05槽至規定尺寸。（4）在臥式加工中心上一鉆兩鏜留0.3余量加工處φ43H8孔與φ38E孔。（5）在臥式加工中心上利用非標鉸擴刀（圖5）加工出φ43H8孔與φ38E孔。

經過時間證明，利用此工藝方法加工出搖臂軸可行，加工結果滿足圖紙要求。

3 工件外形不規則重心偏移，加工過程不易裝夾和定位

氣缸蓋燃燒室側結構復雜（如圖6所示），由于氣缸蓋為不對稱零件，內部結構復雜重心偏向一邊，有數條成型溝槽和尺寸要求高的外圓，按照理論，溝槽這種結構應采用臥式車床加工。但在實際加工中發現：由于氣缸蓋的重心嚴重偏燃燒室側，并且質量大，在臥式車床加工時工件旋轉過程中會存在很大的離心力，這種離心力輕則使爆炸面外型失圓，重則會損壞機床。

工藝方法：為了消除安全隱患，經過反復實驗，采用在立式車床上加工的方案能很容易達到圖紙要求。在加工中設計適合立式車床加工的工裝和一部分非標刀具，最終取得了較好的結果，加工出完全符合圖紙的燃燒室側。

4 工裝容易形成積累誤差

氣缸蓋中加工側面各孔時，定位銷采用是分體定位銷，在工裝裝配時，發現保證兩端同軸度存在一定的難度，且不易檢查。

工藝方法：在設計相關工裝時，吸取了“在加工過程中發現積累誤差較大，對空間尺寸造成了一定的影響”的教訓，采用一體化定位銷，加工方便，效果較好，圖7為工裝示意圖。

5 內腔結構復雜尺寸多變且多細長深孔

某機型氣缸蓋集成了舊機型的搖臂支座、進氣管組等部件，冷卻水管也很大程度地縮短并盡可能內置在氣缸蓋內部。這些部套的集成，使氣缸蓋原本較復雜的內腔和外形更加復雜不規則，產生了大量細長孔、孔套孔結構，并有很多孔離側壁很近，很容易鉆偏，由于氣缸蓋內部型腔復雜，鉆頭如有偏斜很容易鉆破內腔。

工藝方法：采用短鉆頭預鉆，銑刀修正，長鉆頭接通的方法有效地避免以上情況的發生。另外，針對一些空間斜孔，設計了專用工裝，其中采用了長導向，也取得了較好的效果（如圖8）。

6 結束語

柴油機氣缸蓋的加工難點很多，上面提到了一些，有些難點還在不斷的改進和研究中。例如，隨著生產總量的增加，大多數企業生產能力不足的問題日益突出，如何在現有設備基礎上采用高效復合刀具和新工藝提高加工效率很值得研究。

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