林大明

（上汽通用東岳動力總成有限公司，山東 煙臺 265500）

汽車發(fā)動機缸蓋是發(fā)動機最關鍵的零件之一，在汽車發(fā)動機缸蓋加工過程中，主要生產設備為數控機床，數控機床目前在多種項目領域中應用廣泛[1]。由數控機床產出的發(fā)動機缸蓋，主要有以下四種功能：為發(fā)動機眾多部件提供基座；可以點燃室內燃油以產生推力；為汽車的各個運作部件提供滑機油；通過冷卻水循環(huán)的運行方式冷卻發(fā)動機。當前，我國汽車發(fā)動機缸蓋的發(fā)展面臨很大的壓力，根據汽車發(fā)動機制造產業(yè)的實際水平，很難滿足當前優(yōu)質加工汽車發(fā)動機缸蓋的迫切需求。西方國家對此項目的研究時間較早，在汽車發(fā)動機缸蓋加工工藝領域中，其技術較高[2]。作為汽車的推動部件，發(fā)動機中的零件復雜多樣，缸蓋作為其中重要的組成部分之一，加工工藝較為煩瑣，而且對精度結構的要求較高，對發(fā)動機最終的表現(xiàn)性能有著決定性影響，如何更好地加工發(fā)動機缸蓋，對促進汽車的制造與發(fā)展有著重要意義。

1 汽車發(fā)動機缸蓋加工工藝

1.1 選擇發(fā)動機數控制造工藝

加工汽車發(fā)動機缸蓋時，需要依靠數控機床設備進行數控制造[3]。此項工序在整個汽車發(fā)動機缸蓋加工過程中的占比較大，耗費時間較長，所需技術水平較高。因此，選擇發(fā)動機數控制造工藝時，需考慮尺寸公差、加工尺寸等因素，可以將缸蓋的加工路線分為精銑和粗銑兩個部分。精銑時會去除少部分的余量，主要以手動編程的方式進行切削，對過程中部件尺寸的要求比較嚴格，切削得出的部件剛性較差，不過型面復雜，零件整體較為精細。粗銑則是在缸蓋加工處理大部分余量，其加工出來的零件剛性較好，能形成金屬零件的簡單型面，零件尺寸公差大。精銑和粗銑雖然存在區(qū)別，卻也擁有共同點[4]。這兩種加工路線均具備加工程序，整個程序以手動編程為主，借助計算機編程的輔助手段，完成對缸蓋加工工藝路線的選擇。

1.2 確定汽車發(fā)動機缸蓋走刀路線

在明確發(fā)動機數控制造工藝的基礎上，根據精銑和粗銑的不同加工路線對汽車發(fā)動機缸蓋的走刀路線進行進一步確定。常規(guī)走刀路線有圓周洗銑與鐵銑兩種。圓周洗銑相對比較簡單，以徑外受力的方式完成缸蓋整體走刀，不過這種方式不適合對金屬形變進行控制。鐵銑的操作方式比較復雜，所需的人力、物力也比較多[5]。針對汽車發(fā)動機缸蓋精度差、剛性好的特點，結合人力資源及加工成本進行分析比較發(fā)現(xiàn)，圓周洗銑的走刀路線更適合汽車發(fā)動機缸蓋的加工。針對粗銑加工路線，需要去除缸蓋表面金屬的較大余量，而為了保障加工效果，需要選擇剛性盡可能優(yōu)良的刃具切割金屬，最佳刃具為0040 玉米銑刀，其能使加工效率達到最高，去除余量的最大值為20mm。缸蓋中的延伸機匣部分因為其徑向受力的特點，金屬零件容易發(fā)生形變，結構復雜，因此采用精銑的加工路線[6]。在選擇走刀路線時，為最大程度上避免金屬的形變，使金屬零件能夠軸向受力，加工延伸機匣部分時，需選擇鐵銑的走刀路線。

1.3 建立汽車發(fā)動機缸蓋物理模型

加工汽車發(fā)動機缸蓋時，為了簡化分析過程，在創(chuàng)建物理模型過程時簡化了機匣表面的孔，另外，文章所舉的案例沒有涉及機聞表面的加強筋，因此計算結果會比實際工藝過程變形量要大，最終工裝設計強度會比實際情況偏大，在簡化模型的同時，不會產對設計主體生影響，使整體獲得相對合理的簡化過程。對汽車發(fā)動機缸蓋物理模型進行網格劃分，相對于四面體占優(yōu)的網格劃分方法，采用六面體占優(yōu)的網格劃分方法，能夠獲得更加精確的網格結構[7]。文章所設計的發(fā)動機缸蓋物理模型，如圖1 所示。

針對發(fā)動機缸蓋物理模型，劃分后的網格節(jié)點數為93 627個，其中節(jié)點單元數為32 428 個，能完成對汽車發(fā)動機缸蓋物理模型的構建。

1.4 分析加工發(fā)動機缸蓋過程的載力

通過對汽車發(fā)動機缸蓋物理模型的構建，對所建立的物理模型展開載力分析。利用銑刀加工缸蓋中金屬零件時，需要向端面施加一個向內的力，假設此載力為30N，探究此時對發(fā)動機缸蓋的靜力影響。文章分析時采用的是ANSYS 優(yōu)化方法，選取30N ～390N 之間的10 個數據點，研究在不同力的作用下，銑刀對發(fā)動機缸蓋產生的形變效果。具體結果，如表1 所示。

表1 銑刀不同載力下的缸蓋應變值

在銑刀的使用下，汽車發(fā)動機缸蓋物理模型產生了形變，整個影響趨勢呈正比例上升趨勢，銑刀對缸蓋所產生的載力越大，缸蓋變化的最大值就越大。在銑刀載力下，完成對汽車發(fā)動機缸蓋加工。

2 對比實驗

2.1 實驗準備

為研究汽車發(fā)動機缸蓋加工時所產生的扭矩，文章設置對比實驗，驗證所設計的汽車發(fā)動機缸蓋加工方法的優(yōu)勢。實驗開始之前，首先選取3 組相同配置的發(fā)動機缸蓋配件，并使用三種方法完成缸蓋加工。缸蓋加工時會產生一定的轉速，根據轉速的不同，扭矩也會發(fā)生相應的變化，扭矩相對越大，汽車發(fā)動機性能越好，因此將發(fā)動機扭矩作為實驗標準，展開對比實驗。

2.2 發(fā)動機缸蓋加工時的扭矩測試

布置好實驗背景之后，使用設計方法與兩種傳統(tǒng)缸蓋加工方法同時對配件進行加工，在轉速的影響下，得到的實驗結果，如圖2 所示。

通過圖2 可以發(fā)現(xiàn)，在轉速不斷增大的情況下，發(fā)動機扭矩也發(fā)生了改變，其發(fā)動機扭矩均呈下降趨勢。在發(fā)動機轉速為900r/min 時，文章設計方法所得的汽車發(fā)動機缸蓋扭矩為1 098N·m，傳統(tǒng)缸蓋加工方法1 扭矩為1 009N·m，傳統(tǒng)缸蓋加工方法2 扭矩為891N·m。傳統(tǒng)缸蓋加工方法與文章設計方法相比，最少相差89N·m；發(fā)動機轉速為2 100r/min 時，文章設計方法的汽車發(fā)動機缸蓋扭矩為872N·m，傳統(tǒng)缸蓋加工方法1 扭矩為776N·m，傳統(tǒng)缸蓋加工方法2 扭矩為753N·m，相比之下，傳統(tǒng)缸蓋加工方法最少差96N·m。綜上所述，文章設計的汽車發(fā)動機缸蓋加工方法得到的扭矩更高。

圖2 兩種方法扭矩對比圖

3 結束語

發(fā)動機缸蓋的高要求制作，對于整輛汽車的運行來說，具有極其重要的作用。在發(fā)動機缸蓋的直接影響下，發(fā)動機的工作性能會產生或快或慢的變化，對于汽車建造領域來說，發(fā)動機缸蓋的設計存在十分重要的意義。文章依靠汽車發(fā)動機缸蓋的設計方法，為發(fā)動機缸蓋工藝改進提供了思路，本著優(yōu)化資源配置、降低成本的設計目標，促進了我國汽車加工技術的自動化發(fā)展，在實現(xiàn)人工以及自動化生產的考量中，為制定最具性價比、最為適宜的發(fā)動機缸蓋加工工藝方案提供了研究思路。