发动机缸盖加工

 5.2发动机缸盖加工 5.2.1气缸盖的功用及结构特点 1）气缸盖的功用 气缸盖是发动机的五大件之一，位于发动机的顶部，用螺栓按一定扭矩要求紧固在气缸体是顶面上，在发动机上的主要作用是： 1）封闭气缸体上部，与活塞顶部及气缸壁共同形成燃烧室空间，并承受高温高压燃气的作用。 2）是顶置式气门发动机的配气机构、进排气管、循环水管的装配基体；若是轻型车或轿车气缸盖，还是凸轮轴的装配基体。 3）气缸盖底面上的冷却水孔与顶面水套孔相同，形成冷却循环水系统来冷却发动机燃烧室等高温部分。 2）气缸盖的结构特点 根据缸盖在一台发动机上的数量可分为整体式缸盖和分体式缸盖等。车用内燃机气缸盖通常都是整体式的，即覆盖全部气缸（通常为四缸一盖，六缸一盖）。如图5‐5 所示 。但对于重型柴油机（车用或船舶用）一般为单体气缸盖，即覆盖着一个气缸的气缸盖，或分块式气缸盖（两缸一盖或三缸一盖）。                 图5‐5 发动机缸盖外形示意图 气缸盖属于复杂的多孔薄壁件，形状一般为六面体，其上有气门座孔、气门导管孔、汽油机的活塞孔（柴油机的喷油孔及电热塞孔）、其它的光孔及安装螺栓孔。 由于气缸盖在发动机作功过程中承受高温高压燃气作用，而为保证气缸盖与气缸套之间的密封，气缸盖还要受到很大的螺栓预紧力。这样对气缸盖的要求是要具有足够的刚度、强度及耐热性，以保证在气缸体的压力和热应力的作用下能可靠地工作。工作变形要小，与气缸垫的结合面应具有良好的密封性，以避免漏气。另外气缸盖的冷却非常重要，由于内部结构复杂，这就要求循环水系统必须畅通，流阻最小，保证高温区获得良好的冷却，并保证安装在其上的零件能可靠地工作。 5.2.2气缸盖的材料及毛坯 常用的气缸盖材料主要采用优质灰铸铁、合金铸铁或铝合金及镁合金等材料。卡车用发动机的缸盖材料多以灰铸铁、合金铸铁或低铜铬铸铁等为主，其机械性能、铸造性能和耐热性能较好；小型发动机的缸盖多采用铝合金材料，充分发挥其比重小、导热性能好的特点，但刚性较差。 随着市场对高功率、高转矩、低废气排放以及降低燃料使用量等需求的持续增长，这迫使大功率柴油发动机需要不断提高点火峰压，使发动机的热负荷和机械负荷大幅度增加。热负荷及机械负荷的同时升高，使目前使用的常规铸铁和合金铸铁发动机已达到或超过了其使用上限。目前蠕铁已逐渐在发动机缸盖的铸造生产领域得到应用。 缸盖毛坯制造采用铸造，铸造方法取决于生产规模及零件的复杂程度。 5.2.3 气缸盖的技术要求 发动机气缸盖是一个结构复杂、有许多高精度要求的平面和孔系、壁厚较薄的箱体类零件。为保证发动机有良好的机械性能，其主要部位应有严格的技术要求。如进排气门座圈锥面与导管孔的加工、气缸盖底面的平面度等。图5‐6所示的是某车用4缸柴油机缸盖几项主要技术要求。                图5‐6 发动机气缸盖主要技术要求    从图中可看出： 1）气缸盖顶平面平行度0.08，粗糙度Ra3.2um； 2）气缸盖底平面平行度0.05、0.025/100； 3）气缸盖顶平面与底平面平行度0.1； 4）气缸盖进排气门座孔与导管孔的同轴度 0.06； 5）气缸盖气门导管孔中心线与底面的垂直度 0.05。 此外进排气道壁表面必须清洁光滑，不得有缺陷，否则会影响发动机性能；而为确保冷却水套的质量必须做渗漏试验。关于缸盖的详细技术要求，可参照相应的国家或企业标准。 5.2.4气缸盖加工工艺过程    由于气缸盖的结构、材料、产量、加工精度等要求的差异，各型号发动机气缸盖工艺路线会有所不同，使用的加工设备也不同。如发动机缸盖的前后端面与顶底平面的加工顺序，不同的产品就有不同的加工顺序，然而发动机缸盖的主要功能是相同的，因此气缸盖关键加工工艺方法应该基本相同。表4‐1列出了其主要加工工序。  表4‐1 序号 工序内容 常用设备1 毛坯上线、检查  2 粗铣顶面、底面 粗铣过程中顶面和底面互为基准。 专机或加工中心 3 精铣顶面 加工方式同上，但尺寸精度、表面粗糙度、形状精度均提高。 专机或加工中心4 中间检查  5 钻铰工艺孔 定位基准是上平面和侧面 3 粗铣、半精铣进排气面专机或加工中心 4 粗铣、半精铣前后端面5 缸盖螺栓孔加工7 前后端面和油道、回油孔加工；专机进气面及其孔系加工或加工中心 精铣缸盖底面   6 1）进排气阀座底孔、导管底孔粗加工2）半精镗进排气阀座底孔、导管底孔下图表示的是进气阀座底孔、导管底孔半精加工定位示意图。排气阀座底孔、导管底孔半精加工定位及方法类似。而对于粗加工主要是精度要求低些。 专机或加工中心10 进、排气导管压装 专机或加工中心1压装进、排气阀座 专机1 或加工中心12 车进气门座锥面和铰导管孔，如下图所示； 车排气门座锥面和铰导管孔，方法同上；  专机或加工中心14 最终清洗 专机15 压装碗型塞  16 总成试漏 专机17 防锈  18 打印缸盖流水号  17 终检下线   5.2.5 气缸盖的工艺路线设计主要思路 1）缸盖加工工艺路线主要原则  总的是：先面后孔、先粗后精、先主后次、先基准后其他，大致过程是顶底平面、过渡定位基准加工→主定位基准加工→前后端面及两侧面加工→各面一般孔系加工→精铣底面→导管阀座底孔及精加工。 为避免底平面划伤，影响缸盖的密封性，保证导管阀座的加工精度，在阀座导管底孔精加工工序之前将底平面精铣一次，若基准定位销反复定位使用后，有明显磨损，可考虑安排两套定位销或对原定位销再精铰一次。 导管阀座加工是整个缸盖工艺的重点，为保证产品质量，导管阀座的精加工一般采用专机，锥面加工采用车削工艺，小批量生产线主要采用加工中心完成导管阀座的粗精加工。 在所有机加工序完成后，设总成试漏工序，以保证缸盖无”漏水、漏气、漏油”等三漏问题。导管阀座压装工序采用压力位移监控，保证压装质量。为保证缸盖清洁度，应合理安排除毛刺，振动除屑、清洗等边缘工序。 2）缸盖加工的定位方式 缸盖为典型的箱体类零件，其加工工艺复杂，加工精度高，定位方式一般为一面两销，对缸盖来说是一面两孔（一个是与圆柱销，一个是与菱形销配合）。由于缸盖顶面与缸体无直接配合关系，缸盖顶面及该面上的两个定位销孔常用来作为过渡基准，缸盖底面（与缸体的接合面）及该面上的两个定位销孔作为主要定位基准。 3）导管阀座的加工定位方式 精加工气门阀座工作锥面和导管孔时，多数是以与缸体的接合面和该平面上的两个定位销孔进行定位。这种曾被普遍应用的一面二销的定位方式，由于夹具定位销与阀座、导管孔之间的位置误差以及相邻阀座（和相邻导管孔）之间的位置误差均会造成加工余量的偏移，在最终精加工时，导致刚性差的铰刀也随之产生加工偏移，所以采用这种定位方式并非总能达到规定的精度。 另外一种定位方式为采用缸盖结合面平面和导管孔外圆进行定位。采用这种定位方式，夹具的定位导套与机床主轴应保持很严的同轴度，以确保加工余量的均布。这样，阀座和导管孔只需进行一次性加工就能达到规定的公差。但是，缺点是在一个工位上只能加工一个阀座及导管孔。与采用一面两销定位方式相比，生产率要低一些，也就是，在保持同样生产率的情况下，需要增加一定数量的加工工位，从而增加了生产线的长度。因此，大批量生产时，仍然经常采用一面两销定位，作为加工线全线的统一精基准。 4） 平面加工工序   气缸盖的顶平面、底平面及进排气管面都是精度要求较高的平面，又都是后道工序中的工艺基准，因此一般均安排在孔系加工的前面进行，采取高效率的加工方法，而且在粗加工的顺序上作合理布置。 5） 孔加工顺序    气缸盖螺栓孔、推杆孔及安装螺孔都有装配关系，因此位置精度要求较高，在工艺的制定上需充分考虑，用比较先进的组合机床来加工孔系，其位置精度可保证在0.2mm以内。此外，气门座孔及导管孔是影响发动机性能的关键部位，其尺寸精度、形状精度及表面粗糙度要求非常严，在缸盖制造工艺中是核心工序，这样在工艺方案的设计、工艺顺序上要重点关注，一般都放在最终加工，以避免粗加工变形影响。  5.2.6气缸盖加工工艺简介    汽油机的燃烧室一般在气缸盖上，燃烧室内表面是铸造出来的，不加工，为了保证燃烧室容积，选用燃烧室顶面作为定位基准加工缸盖顶平面，再以顶平面定位加工底平面，这样使燃烧室深度的变动量最小。对于柴油机气缸盖来讲，由于其燃烧室一般位于活塞顶部，因此采用底平面上3个凸台（或凹坑小平面）为定位基准加工顶平面，再以顶平面定位加工底平面。 从缸盖的功用及结构特点可看出：气缸盖是内燃机零件中结构较为复杂的箱体零件，也是关键件，其精度要求高，加工工艺复杂，且加工质量直接影响发动机整体性能。对于内燃机气缸盖制造，不同类型的内燃机气缸盖及其制造系统会不同，但加工工艺及工艺设计中所采用的工艺技术有许多共同之处。 其进、排气门座圈锥面与导管孔的加工是气缸盖加工中最关键的工序，精度一般为:高速发动机座圈底孔与其导管底孔的同轴度为φ0.03mm，座圈锥面对导管孔的同轴度为φ0.025mm，转速低于3600r/min的内燃机可分别降为φ0.05mm,0.04mm，一般采用钻‐‐(复合扩)‐‐半精谴气门座孔、导管底孔—精谴气门座底孔、枪铰导管底孔—压导管、座圈—精车座圈锥面、枪铰导管孔工艺。根据零件结构、生产纲领及加工精度，以直列三缸、四缸柴油机灰口铸铁材料的气缸盖为例，结合国内外机械加工工艺的发展趋势及莱动公司缸盖生产的具体情况，对其进行探讨分析。      在大批量生产中，一般采用一面两销定位，同时提高导管底孔及气门座底孔对定位销孔位置精度，减少定位误差，使加工余量均匀，保证产品精度要求。