論1.8 L發動機氣缸體缸孔精加工工藝

陳承銳

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005）

0 引言

隨著我國經濟的不斷增長，汽車工業的不斷發展，各汽車制造商在不斷提高品質、性能和生產效率的同時，對發動機關鍵零件的加工工藝也在不斷地進行探索，以保證發動機的高性能。對于汽車發動機氣缸體而言，其精加工難度比較大的部分主要集中在氣缸體的缸孔部分，在進行缸孔加工過程中，需要精度非常高的加工工藝。特別是乘用車的發動機氣缸體缸孔，其精度的要求也就越來越高，為了更好的確保發動機的穩定性，就需要在發動機氣缸體缸孔加工的過程中全面考量缸孔的精度，從而真正實現發動機的穩定運行。

1 發動機氣缸體加工技術發展現狀分析

汽車發動機氣缸體的加工質量和生產效率決定著汽車的質量和企業效益，目前國內外都十分重視發動機的研發，通過一系列的開發與試驗，以努力生產出高質量、高效率、低排放的汽車發動機，具備發動機核心技術。對于汽車發動機而言，氣缸體是非常重要的組成部分，也可以說氣缸體是發動機的心臟，缸孔的精度要求是保證氣缸體質量的關鍵要素，所以缸孔加工精度對于汽車的性能影響是非常大的。目前發動機氣缸體缸孔的缸徑精度已達到00.013 mm，圓度0.005，圓柱度0.006的精度等級，汽車制造商在氣缸體缸孔的加工設備、工裝、刀具、測量上投入大量成本，規劃設計產線采用柔性制造CNC設備，采用一次裝夾的綜合工裝，使用進口刀具，并配置在線測量機和MES數據收集分析系統，以保證缸孔尺寸精度和穩定性。

2 發動機氣缸體缸孔加工工藝安排

2.1 氣缸體加工工藝安排原則

氣缸體加工遵循的工藝安排原則[1]：

（1）首先從大表面切除多余的加工層，以保證精加工后切削造成的變形量小。

（2）容易發現氣缸體內部缺陷的安排在前工序，減少不必要的加工浪費。

（3）把大孔徑、深孔加工盡量安排在較前面的工序，避免因較大內引力，影響后工序的精加工。

2.2 影響缸孔精度的加工因素

影響缸孔精度的加工因素：

（1）工藝順序。先切除氣缸體頂、底、前、后四個大面大部分鑄造加工余量，使氣缸體鑄造應力得到釋放；在精加工缸孔前，將各個面的孔加工完成，以免加工近缸孔的其它孔時造成缸孔變形；主軸承孔的剛性較缸孔好，精加工時先加工主軸承孔，再加工缸孔。

（2）定位精度。主要是定位基準不準帶來的工藝問題，主要表現在缸孔壁厚不均勻，鏜削余量分配不均勻，導致加工過程出現不均勻的受力分布，難以滿足孔徑、圓度、圓柱度的精度要求。

（3）硬件條件。包括加工設備精度的保證和穩定性、工裝夾具的剛性和定位精確、刀具的切削受力均勻。

氣缸體缸孔的加工，主要采用鏜削工藝。其工作過程是氣缸體工件在工作臺上固定不動，由刀具隨著加工設備主軸旋轉運動，靠主軸進給或工作臺移動運動，從而實現鏜削，通常使用微調鏜刀、定位鏜刀[2]。

2.3 氣缸體缸孔加工工藝流程

氣缸體缸孔加工工藝流程：

毛坯孔（φ72）→粗鏜缸孔（φ77±0.2、Ra6.3）→半精鏜缸孔（φ78.3±0.1、Ra3.2）→精鏜缸孔（Ra1.6）→ 鏜 止 口 （φ79.8+0.5、Ra1.6）→ 珩 磨 缸 孔（φ79+0.013）（見圖 1）。

3 發動機氣缸體缸孔精加工工藝技術要求

3.1 加工設備的選型

設備的選型要按照工藝設計的技術要求進行，明確設備要完成的工作，達到的產能、質量目標，柔性條件。根據技術調研、學習、制造商交流、同行對比、以往經驗的積累和應用反饋，以及工藝設計優化的原則，進行工藝設計，把工藝設計成果應用在設備選型的具體技術要求中。加工中心作為標準數控設備其各個模塊都已標準化，在柔性和可靠性上都得到了提升，性價比較高。

現代汽車發動機升級換代快，對生產線柔性化、可靠性、快速切換形成生產能力的需求越來越高，使加工中心在汽車行業廣泛應用。依據1.8 L發動機氣缸體產線JPH設定、缸孔質量要求、產品壽命周期、投入產出分析等條件，產線選擇了DMG MORI臥式鏜銑加工中心NHC6300設備（見表1）。

表1 設備主要技術參數

3.2 工裝夾具的設計要點

工裝夾具設計是在工件加工工藝設定后，按照工序的具體加工內容和要求進行的。工裝夾具的設計質量高低，應以能否穩定地保證工件的加工質量，生產效率高，操作安全、省力和制造、維護容易等為其衡量指標。保證工件加工精度的關鍵，首先在于正確地選定定位基準、定位方法和壓緊、支撐點，同時設計工件定位裝夾氣密檢測功能，保證工件定位準確，必要時還需進行定位誤差和加工受力分析，確保夾具能滿足工件的加工精度要求[3]。工裝夾具設計時應盡量采用各種快速高效的裝夾機構，盡可能采用標準元件和標準結構，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產效率，制造容易，以降低夾具的制造成本[3]。結構應力求簡單、合理，便于制造、裝配、調整、檢驗、維修等。為保證工裝夾具具備足夠的強度和剛度，在客觀條件允許且又經濟適用的前提下，應盡可能采用鍛造底板和液壓夾緊裝置。工裝夾具還應排屑方便，必要時可設置排屑結構或大流量沖屑裝置，防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具。

1.8 L發動機氣缸體缸孔精加工，為保證缸孔、主軸承孔、前后端面銷孔之間的位置度關系（如圖 2），將此加工內容設計在同一工序，設計一套專用工裝夾具（如圖 3），一次裝夾，保證各尺寸之間的精度要求。氣缸體缸孔是發動機工作氣體壓縮燃燒和膨脹的空間，并對活塞起導向作用，活塞通過連桿連接曲軸進行往復運動，曲軸是主軸承孔進行定位，缸孔表面是發動機磨損最嚴重的表面之一，若缸孔、主軸承孔之間的位置度精度無法保證，嚴重影響了發動機的質量和壽命。

圖2 氣缸體缸孔、主軸承孔位置度關系

圖3 氣缸體缸孔精加工夾具

3.3 加工刀具的設計選擇

氣缸體缸孔的精加工采用鏜削工藝，1.8 L發動機氣缸體是灰口鑄鐵材料，傳統加工采用硬質合金刀片加工灰口鑄鐵最高線速度不能超過350 m/min，反之則會劇烈磨損。使用CBN刀片加工，最高線速度可達到1 500 m/min（不考慮機床剛性的基礎上），而且保證高的耐磨性，和高的被加工工件的表面質量[2]。本次加工1.8L發動機氣缸體缸孔采用MAPAL的刀柄和鏜刀頭（如圖 4、圖 5），CBN粗刀片4片（SPCTHD09T304D67L）、CBN 精刀片 2片（K1288-1213-FU895）。

圖4 精鏜刀頭圖

圖5 組合精鏜刀具圖

3.4 缸孔精加工切削舉例

以1.8 L發動機的氣缸體缸孔精加工為實例，來說明設備、工裝、刀具設計選擇，保證缸孔加工尺寸精度和生產效率。

氣缸體名稱：LJ479QE2四缸直線型氣缸體；材料牌號為HT250。

工件外形尺寸：400 mm×360 mm×290 mm；工件硬度為180～230 HB。

加工設備：DMG MORI臥式鏜銑加工中心NHC6300機床；工裝：專用夾具。

刀具：MAPAL精鏜刀。

切削參數：轉速S2200 r/min、切削進給F500 mm/min、走刀深度H153 mm；空走進給F2000 mm/min、安全空走深度H15 mm；退刀和移動進給F30000 mm/min、距離 L1312 mm。

加工節拍：時間 Tc=（153/500*4+15/2000*4+1312/30000）*60=78 s

生產現場采用《中位數控制圖》進行控制，操作人員加工完成自檢測量，通過內徑千分表讀取數據，直接在控制圖中打點，通過中間點，作出折線圖，省去繁瑣的計算，操作簡單。在加工生產過程中，每次抽檢連續生產的5件，圖表上的數據是同一臺設備加工同一個缸孔的數據。工藝技術人員通過收集生產現場的《中位數控制圖》，利用X-R控制圖對缸孔精加工工序能力進行分析，求出Cpk值，Cpk值>1.33，生產過程能力充分。

4 結束語

綜上所述，為保證1.8 L發動機氣缸體缸孔的精加工工藝技術要求和生產效率，合理選用加工設備、設計制造工裝夾具和刀具，應用柔性制造技術和切削新材料，達到高性價比的工藝方案。但仍然需要進一步的學習和優化，從而更好地向智能制造邁進，提升企業機械加工產品的工藝水平。