張麗華

摘要：發(fā)動機是整個汽車的重要組成部分，是保證汽車正常運行的重要動力。缸蓋則是汽車發(fā)動機的核心部件，而這個部件的工藝將直接關(guān)系到發(fā)動機運行的性能。缸蓋的組成結(jié)構(gòu)非常復雜，所以在缸蓋的加工過程中必須保證其精度和質(zhì)量，從而有效提升發(fā)動機缸蓋的產(chǎn)品質(zhì)量。本文通過概述氣缸蓋的材料和缸蓋加工工藝的注意事項，并根據(jù)實際情況提出汽車發(fā)動機缸蓋加工工藝，以便為實現(xiàn)汽車加工制造企業(yè)的共同目標提供理論依據(jù)。

Abstract： Engine is an important part of the whole vehicle and an important power to ensure the normal operation of the vehicle. Cylinder head is the core component of automobile engine， and the technology of this component will be directly related to the performance of engine operation. The composition and structure of the cylinder head is very complex， so its accuracy and quality must be guaranteed in the machining process of the cylinder head， so as to effectively improve the product quality of the engine cylinder head. This paper summarizes the materials of cylinder head and the precautions of cylinder head processing technology， and puts forward the processing technology of automobile engine cylinder head according to the actual situation， so as to provide a theoretical basis for realizing the common goal of automobile processing and manufacturing enterprises.

關(guān)鍵詞：汽車;發(fā)動機;缸蓋;加工工藝

Key words： automobile;engine;cylinder head;processing technology

中圖分類號：U464.12? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）24-0115-03

0? 引言

發(fā)動機缸蓋是汽車發(fā)動機的重要組成部分，其加工過程因復雜的結(jié)構(gòu)而非常繁瑣，并且要求具備較高的加工精度，否則將會讓汽車發(fā)動機的綜合性能受到影響。通常在汽車正常運轉(zhuǎn)的過程中，發(fā)動機缸蓋的主要功能配汽供油。故為保證發(fā)動機始終保持在最佳的運行狀態(tài)，便必然要對發(fā)動機缸蓋工藝提出嚴格，以此讓發(fā)動機能夠正常運轉(zhuǎn)。

1? 汽缸蓋材料概述

通常汽缸蓋在受到高溫高壓作用的時候很容易受到較高的熱負荷。因此，為了讓汽缸蓋具備良好的密封性，則不能讓汽缸蓋受到損壞或者是出現(xiàn)變形的情況。當前為了保證發(fā)動機汽缸蓋的強度和剛度，則主要選取的是鋁合金、灰鑄鐵和蠕墨等材料進行制作。鋁合金材質(zhì)一般被應(yīng)用到汽油發(fā)動機上面，而灰鑄鐵和蠕墨則主要是應(yīng)用于柴油發(fā)動機上面。這樣因為鋁合金具有良好的導熱性，所以能夠讓發(fā)動機的壓縮比得到有效提高。同時，因為鋁合金具有良好的鑄造性能，所以適合用于結(jié)構(gòu)復雜的零件澆鑄中。

2? 汽車發(fā)動機缸蓋加工工藝的注意事項

對設(shè)計工作人員而言，針對汽車發(fā)動機缸蓋的設(shè)計過程主要有如下幾方面需要關(guān)注：首先是對工藝流程的制定，除了要保證流程的完善及各項參數(shù)需維持在合理范圍內(nèi)之外，尚要在加工期間避免收到外界不利因素的干擾;其次是針對加工過程中可能面對的問題，如因機械故障導致的加工途中中斷等。為避免以上狀況的發(fā)生，需在實際作業(yè)開始前首先檢測好相關(guān)的工件與設(shè)備，以此來保證最終產(chǎn)品的完工質(zhì)量。在此最后則是在完成汽車發(fā)動機缸蓋的毛坯定位工序后，需對相關(guān)鑄件予以全方面的檢測，而在檢測過程中需盡量避免采用鉆、切割等工藝，以免對工件后續(xù)的使用造成影響。最后則是要保證加工的精度來為后續(xù)各線工作的開展提供支撐。由于汽車發(fā)動機缸蓋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為復雜，加之在具體的加工過程中還將無可避免的收到諸多外界因素影響。如重力、摩擦力、內(nèi)應(yīng)力等。故為避免因受外力影響而導致的缸蓋變形，需嚴格劃分汽車發(fā)動機缸蓋加工過程的細加工與粗加工。兩者分開進行方能讓缸蓋的內(nèi)應(yīng)力得到良好釋放并保證最終的完工質(zhì)量。

首先，準確定位選擇基準。為實現(xiàn)對汽車發(fā)動機缸體加工工藝的合理優(yōu)化，首要之務(wù)便是要總結(jié)大量過往與之相近的工藝資料，通過對工藝資料的總結(jié)來明確相關(guān)基準。如此一來，后續(xù)的工件編程參考書設(shè)計也將更具合理性。不僅如此，當有了更為精確、科學的工件編程參考書，也將避免技術(shù)人員在加工缸體結(jié)構(gòu)時，因參考資料的不完善或是不準確而出現(xiàn)偏差。要知道汽車對每一項工件的精密性要求均是極為苛刻的，任何一絲微小的誤差勢必將導致最終定位出錯。由此可見，參考資料無疑是極其重要的內(nèi)容。而鑒于參考書的重要性，故為避免更多誤差或設(shè)計上的失誤出現(xiàn)，相關(guān)程序也應(yīng)盡可能地簡化，這當是確保資料編纂精確度的有效手段。除此之外，在建立了精確的缸體模型后，實體模型的制作也當引起設(shè)計者的高度關(guān)注。對于模型的鑄造，除了要確保材料的質(zhì)量外，亦需考慮到各部分鑄件，尤其是內(nèi)腔，因內(nèi)腔不僅包含眾多鑄件，且結(jié)構(gòu)也十分復雜，故也需投入更多的關(guān)注度。

其次，恪守缸體結(jié)構(gòu)部件加工原則。有關(guān)汽車發(fā)動機缸體組裝每一項作業(yè)都是十分復雜的。就如同圓筒加工這種看似十分簡單的作業(yè)，其內(nèi)所涉及到的工序也有數(shù)十道。當然，在汽車的發(fā)展歷程中，有關(guān)鑄件的加工也已形成了相關(guān)的準則，該準則不僅明確了加工的標準順序，也對加工的類型予以了明確的劃分。至于加工的具體原則則大致分為兩項，分別是粗加工、精加工。其中，精加工不僅包含了粗加工原則提到的粗加工的作業(yè)對象主要是毛坯以及查找零件內(nèi)部是否有缺陷并及時加以修復外，尚有兩項粗加工未能提到的原則，分別是加工優(yōu)先以及合理設(shè)置。所謂的加工優(yōu)先，也便是在開展零件加工作業(yè)的同時，除了要保證加工的精確度外，尚要盡可能避免加工過程受內(nèi)應(yīng)力的影響。而合理設(shè)置則是提醒設(shè)計人員需做好缸體的檢驗以及后續(xù)的巡查工作，尤其是后續(xù)的密封試驗，規(guī)范化的工序方能避免工件受到污染，進而確保零件加工質(zhì)量。

再次，科學選用刀具。由于汽車發(fā)動機所使用的鋁合金材料，其熔點與硬度均屬于較低水平。故在受到切削時也難免會產(chǎn)生積屑瘤。關(guān)于積屑瘤，若不能完善處理勢必會導致工件的精確度降低。因此，加工中心還需合理運用濕加工技術(shù)，利用附冷孔的加工刀具來減少積屑瘤。與此同時，考慮到刀具始終處于高速運轉(zhuǎn)的狀態(tài)，長時間工作也會快速磨損，故實現(xiàn)自動換刀對保證加工效率而言亦有重大意義。

再者，因缸蓋的結(jié)合面在汽車發(fā)動機缸蓋整體工藝加工中可謂極其重要的部分，故為避免此部分工藝受人為或外力因素影響到導致最終的加工精度受損，則需通過將精加工工藝運用到缸蓋結(jié)合面的方式來表面后續(xù)工藝對缸蓋結(jié)合面造成破壞。

最后，基于自動化的生產(chǎn)流水線、尤其是對汽車制造企業(yè)而言，專業(yè)人員的實時管理與監(jiān)控必不可少。故為避免影響產(chǎn)品的加工精度，需由專業(yè)人員操作精密儀器來監(jiān)督設(shè)備工作的全過程，以便及時補正并消除各方面影響。

3? 汽車發(fā)動機缸蓋加工工藝

3.1 合理選擇發(fā)動機數(shù)控制造工藝

合理的汽車發(fā)動機缸蓋設(shè)計，需在前期首先對各參與加工工件的參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)予以統(tǒng)籌了解，而后對儀器設(shè)備的運行狀態(tài)予以全方位的檢測并合理銜接各階段的加工工序來保證工件的完工質(zhì)量。而后對于每一道工序完成后的檢測，需將問題及時上報與反饋至相關(guān)部門進行調(diào)整。如此方能在保證工藝流程的完整與順暢性同時最大限度提升產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

數(shù)控機床當屬汽車發(fā)動機缸蓋加工過程中最重要的設(shè)備。而鑒于數(shù)控機床在整個汽車發(fā)動機缸蓋的加工過程中需持續(xù)工作較長時間，故對操作人員的技術(shù)水平也有著極高的要求。至于具體的操作過程，除了需嚴格控制加工的尺寸、公差等重要因素外，尚要合理劃分加工路線，如那些加工路線需要采用精銑工藝，而那些部分則需要采用粗銑工藝。在合理劃分好路線并具體實施過程，便可去除掉部分需手動編程進行切削的部分，以此在保證各部件尺寸的合理性同時確保部件剛性。當然，鑒于在加工產(chǎn)品型面時可能面臨的復雜要求。此時便需采用粗銑的方式來完成。至于兩種不同的加工程序，兩者雖有明顯差異卻也有一定的共通點。因此，二者均可作為加工程序并在主程序的輔助手段下確保缸蓋加工能更好的完成。

3.2 確定汽車發(fā)動機缸蓋走刀路線

在發(fā)動機缸蓋復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)下，其對加工的精度要求非常高，這也增加了加工的難度性。缸蓋的內(nèi)應(yīng)力常常會呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的分布狀態(tài)，從而導致缸蓋在加工的過程中一旦受到強大外力的影響而出現(xiàn)變形的狀態(tài)，讓缸蓋的加工精度受到嚴重的影響。因此，在確定汽車發(fā)動機缸蓋走刀路線的時候，應(yīng)該將面和孔在檢測和加工時的先后秩序直接分開，再對孔進行加工處理，這樣將精細化加工和粗加工分散相結(jié)合，便能夠讓缸蓋的應(yīng)力得到最大限度的釋放，由此保證缸蓋加工的精度性。

對于汽車發(fā)動機缸蓋走刀路線的明確，需首先對發(fā)動機的數(shù)控制造工藝予以準確把握，而后便是根據(jù)加工路線的工藝形式來選擇適宜的走刀路線。通常而言，走刀路線有圓周洗銑和鐵銑兩種。其中，圓周洗銑最為簡單，且該洗銑方式能在保證走刀過程快速完成的同時避免受外力影響而導致的金屬形變。但是這種方式并不適合應(yīng)用于金屬形變的控制。通常鐵銑在操作過程中需要花費較多的人力和物力，操作方式非常復雜。因此，根據(jù)汽車發(fā)動機缸蓋加工精度差和剛性好的特點，其在進行人力資源和加工成本對比時便能夠發(fā)現(xiàn)圓周洗銑的走刀路線更適合應(yīng)用于汽車發(fā)動機缸蓋的加工過程中。

一般在粗銑加工路線實施時需要將缸蓋表面金屬的較大余量去除掉，這樣選擇剛性和優(yōu)良的刃具去切割金屬，這樣便能夠更好的保證發(fā)動機缸蓋的加工效果。在進行切割時最好選擇玉米銑刀，這樣才能夠更好的保證加工效率。同時，由于缸蓋中的延伸機匣因在受力的時候很容易導致金屬零件發(fā)生形變的特點，其整個結(jié)構(gòu)非常復雜，所以可合理選擇精銑加工路線。

在選擇走刀路線時能夠有效防止金屬出現(xiàn)形變的特點，從而讓各個金屬零件的軸向受力，其延伸機匣部分則可以選擇鐵銑走刀路線。

3.3 建立汽車發(fā)動機缸蓋物理模型

隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)飛速發(fā)展，自動化技術(shù)逐步被應(yīng)用到汽車加工制造行業(yè)中。但是，由于自動化技術(shù)在應(yīng)用時也會因為機床運行狀態(tài)和人員操作不當而導致產(chǎn)品加工受到嚴重影響。因此，我們在進行設(shè)備狀態(tài)和產(chǎn)品工藝分析和檢測的時候不能夠完全依賴于自動化生產(chǎn)線，這樣才能夠保證加工工件真正滿足廣大客戶的需求。同時，在加工汽車發(fā)動機缸蓋的時候，應(yīng)該通過創(chuàng)建物理模型來簡化分析過程，讓機匣表面的孔能夠更加簡化。尤其是尚未涉及到的機匣表面的加強筋，其計算結(jié)構(gòu)相比實際工藝實施過程的變形量較大，這樣在計算工裝設(shè)計強度的時候則并不會對設(shè)計主體產(chǎn)生較大的影響，讓整體的過程變得更加簡化。

采用六面體占優(yōu)的網(wǎng)格化形式來進行汽車發(fā)動機缸蓋物理模型劃分，這樣便能夠獲得更加精確的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在對發(fā)動機的缸蓋物理模型進行網(wǎng)格節(jié)點數(shù)劃分后，其形成的節(jié)點單元數(shù)便能夠真正完成汽車發(fā)動機缸蓋物理模型。

3.4 分析加工發(fā)動機缸蓋過程的載力

缸蓋的結(jié)合面是缸蓋非常重要的組成部分，而這個部分如果一旦被劃傷或者是被破壞，便會直接讓缸蓋的產(chǎn)品質(zhì)量受到影響，甚至還會嚴重影響缸蓋加工工藝的精度和準確度，降低發(fā)動機的效能。這樣在發(fā)動機缸蓋對面的加工中采用精加工的方式，并統(tǒng)籌做好工藝加工對結(jié)合面的檢測和保護，則能夠有效保證加工的精度和加工質(zhì)量。

在構(gòu)建汽車發(fā)動機缸蓋物理模型時，應(yīng)該全面深入的分析物理模型所展開的載力。尤其是在利用銑刀進行缸蓋金屬零件加工的時候，可向端面適當施加一個內(nèi)向的力。例如，假設(shè)此載力為30N時，應(yīng)該深入分析發(fā)動機缸蓋的靜力影響。同時，通過應(yīng)用ANSYS優(yōu)化方法在30～39N之間選取10個數(shù)據(jù)點，以便在進行不同力的研究之后，其銑刀便會對發(fā)動機缸蓋產(chǎn)生形變效果。

汽車發(fā)動機缸蓋物理模型在使用銑刀之后也會發(fā)生一定的形變，所產(chǎn)生的影響趨勢將會直接呈現(xiàn)出上升的趨勢。因此，銑刀對缸蓋所產(chǎn)生載力越大的情況下，缸蓋所產(chǎn)生的變化值也就越大，所以在進行汽車發(fā)動機缸蓋加工時必須在銑刀的載力下進行。

3.5 缸體加工的質(zhì)量控制

通常而言，以下四方面均有可能對缸體的加工質(zhì)量產(chǎn)生影響：首先是加工設(shè)備本身，若加工設(shè)備本身未能調(diào)試精確，勢必會導致誤差的產(chǎn)生。而當加工設(shè)備本身存在誤差，必將對工作臺的運動軌跡精度帶來影響。其次是夾具方面，若夾具的夾緊力不穩(wěn)定，則會影響到夾具的定位。再者則來自于刀具對缸體質(zhì)量的影響。若是刀具方面的影響，則可能源自于刀片本身的材質(zhì)以及切削的沖洗位置。最后則是工藝的合理性。上文中我們提到，保證缸體加工質(zhì)量的關(guān)鍵便是要控制好各部件加工的合理性。誠然，若加工過程本身不合理，勢必會影響到后續(xù)一系列的操作步驟。加之工件的加工亦有先后之分，若枉顧加工順序也勢必會對缸體整體質(zhì)量帶來不可挽回的影響。如針對某主機廠當前所使用的1.6L機型交精體加工線，合理采取以下兩套技術(shù)方案方能實現(xiàn)對加工質(zhì)量的有效控制。

其一，采用MARPOSS裝置。采用該裝置的核心目的當是為避免定位誤差的出現(xiàn)。就該公司所使用的1.6L機型交精體加工線而言，鏜銑加工中心為WH50TFC臥式，該加工中心的主要運動結(jié)構(gòu)是圍繞Y軸可沿著X、Y、Z三個方向移動。可見該中心包攬了缸體加工的諸多核心。因此，通過采取MARPOSS裝置來減少定位誤差，也便是提升加工工藝的精度，從而實現(xiàn)對加工質(zhì)量的良好控制。至于具體的設(shè)置則可在關(guān)鍵的四道工序中分別添加T25+WRP45式樣和T25+WRP60式樣的MARPOSS裝置。借助該裝置的基準模塊與基準孔，輔以WRP發(fā)射器與接收器的測量結(jié)果來確保發(fā)送給加工中心的數(shù)據(jù)精確無誤，由此確保后續(xù)加工的穩(wěn)定性。當然，在此過程中，有關(guān)側(cè)頭測量基準點的清潔必須得到保障，如此方能確保采取數(shù)據(jù)的精準程度。

其二，采用曲軸孔自動測量機在線檢測和反饋。據(jù)上文所述，汽車發(fā)動機的上缸體主要由曲軸瓦蓋與底缸體兩部分組成。其中，曲軸瓦蓋的核心部件主要是軸孔測量機。為保證曲軸的孔膛滿足孔徑的要求，需借助加工中心采集到的測量結(jié)果，通過加工中心內(nèi)置程序的調(diào)配，在檢定是否需要調(diào)整鏜刀后再進行后續(xù)的作業(yè)。由此便可保證鏜銑加工的品質(zhì)并在檢測到不良情況時及時發(fā)出警報來提醒人員及時調(diào)整。至于鏜刀的具體調(diào)試，在加工中心給出鏜刀需要調(diào)整的判斷后，可通過調(diào)整連接鏜刀的相關(guān)裝置來保證公差值在合理范圍。值得注意的是，鏜刀的調(diào)整只能進行細小的微調(diào)，如若不然將容易導致孔徑脫離公差中值并影響到最終的完工質(zhì)量。

3.6 優(yōu)化缸體加工生產(chǎn)線布置形式

有關(guān)生產(chǎn)線的布置，可通過三種形式予以優(yōu)化。其一，設(shè)置單品種的生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線主要通過手動的方式布置。該布置方式優(yōu)點在于成本較低且加工工藝有與之相對應(yīng)的專機，故具有較高的可靠性;其二是機床與專用機床組合的自動化生產(chǎn)，由于是自動化生產(chǎn)，故生產(chǎn)的效率有一定保障。其三則是配以高速加工中心實現(xiàn)鏜刀的快速更換以及搭配高轉(zhuǎn)速的多軸來實現(xiàn)批量化的生產(chǎn)。該形式效率最高但也需要較高成本，故需企業(yè)根據(jù)自身實際合理選擇。

4? 結(jié)論

總之，隨著現(xiàn)代科技快速發(fā)展，逐步對加工制造行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和工藝水平提出了較高的要求。尤其是汽車制造行業(yè)的發(fā)展過程中，發(fā)動機是汽車動力輸出的重要途徑，而發(fā)動機的關(guān)鍵部件因自身結(jié)構(gòu)的特殊性和復雜性而對加工工藝的要求較高。因此，發(fā)動機缸蓋的產(chǎn)品質(zhì)量和工藝精度將會讓發(fā)動機的運行效能和整體性能受到影響，所以便需要優(yōu)化生產(chǎn)線、加工精度和技工流程，這樣才能夠有效保證發(fā)動機和汽車的整體性能，從而逐步推動制造行業(yè)更加穩(wěn)定健康的發(fā)展。

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