汽车发动机缸体加工工艺设计研究

摘要：随着我国经济、科学技术水平的提升，人民对于生活质量的追求也变得越来越高,现阶段我国汽车的使用已经变得越来越普遍。为提升整车性能，最核心的一点就是要提升发动机的品质。本文通过对汽车发动机缸体一般性知识和生产线布置形式的简介，介绍某主机厂的新建缸体加工线在建设过程中所确定的工艺和质量控制技术方案。

关键词：汽车制造业；发动机缸体；工艺设计；质量控制

从现阶段的社会发展趋势来看，我国的综合国力已经得到了明显的提升，尤其是在经济发展和科学技术提升两方面，这也在一定程度上促进了交通行业的大力发展，而汽车在人们日常工作和生活中所扮演的角色也愈发重要。为解决人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分发展之间的矛盾，同时为降低驾驶汽车带来的资源浪费，通过对发动机缸体加工工艺的设计优化，把控制造过程中的质量，能够有效提升发动机品质和性能，也能在一定程度上促进我国汽车行业的发展。

1汽车发动机缸体简介

汽车发动机缸体是整个发动机构造过程中最重要的零件，也是最基本的构成骨架，本质上是属于安装发动机大多数部件模块和配件的支撑结构件[1]。因此，在缸体加工中必须保证全部尺寸满足图纸要求的精度，保障发动机在工作时达到最佳的配合状态。缸体的外形结构呈多样化，其气缸的排列形式决定了发动机的外形结构，对于缸体的刚度和强度也有影响。缸体气缸排列有以下三种形式：一是直列式发动机，发动机的各个气缸排成一列，垂直布置。直列式缸体结构简单，但发动机长度和高度较大，一般六缸以下发动机多采用直列式。二是V型发动机，气缸左右排成两列，气缸中心线的夹角小于180°，V型发动机减小了缸体长度和高度，增加了缸体的刚度，但缺点是加大了发动机的宽度，且形状较复杂，一般用于8缸以上的发动机，6缸发动机也有采用这种形式的缸体。三是水平对置式发动机，气缸水平排成两列，气缸中心线的夹角等于180°，其优点是发动机运转平稳，整车重心低，更满足空气动力学的要求，但结构更为复杂，维修不便，生产制造成本高。

2缸体加工生产线布置形式

第一种布置形式是单品种手动生产线，优点是加工生产专一品种的缸体，相应的加工成本低，而且采用专机对应专用的加工工艺，操作步骤简单，发展至今可靠性极高。第二种布置形式是组合机床与专用机床组成的自动化生产线，是目前主流的批量化生产线。第三种布置形式则是以多轴配备高转速、快移动、快速换刀的CNC高速加工中心为主，再加上辅机构成的柔性生产线，适用于多机型共线批量化的生产线。

3缸体加工工艺设计

一般来说发动机缸体的加工可分为粗加工和精加工两部分，因缸体尺寸较大，铸造后表面可加工余量较大，所以粗加工主要是对缸体的外观面铣削，及部分安装用螺纹孔的底孔钻削，本文着重论述缸体的精加工工艺。以某主机厂1.6L机型缸体精加工为例，加工工艺分为12个步骤：第1步是基准孔和底缸体安装面的加工，主要是曲轴瓦盖安装面和螺纹孔等；第2步是缸体前后面的加工，主要是部品安装用螺纹孔和定位孔等；第3步是缸体左右面的加工，主要是曲轴止推面及安装用螺纹孔等；第4步是缸体顶面的加工，主要是缸盖螺栓孔及定位孔等；第5步是进行中间清洗处理和毛坯试漏，保证清洁度和检查前述四步加工后工件是否有油水互通等泄漏不良的状态，至此该机型上缸体的加工基本完成。第6步是部品组装，具体是曲轴瓦盖和底缸体的组装，为进行整缸体的加工准备；第7步是曲轴孔的镗铣，保证五个曲轴孔、曲轴孔与后油封的同心度；第8步是缸孔的镗铣，保证缸孔的垂直度；第9步是曲轴孔和缸孔的珩磨，在前道镗铣的基础上进一步提高形位公差精度；第10步是缸体前后面的最终铣削，包括前罩盖和变速箱定位销孔的加工，保证前后面与曲轴孔的垂直度；第11步是顶面的最终铣削，保证顶面与底缸体安装面的平行度；第12步是高压清洗，去除加工残留的毛刺和进一步提高清洁度。其中以第1、7、8、9、11这五个步骤最为关键，因涉及到了基准孔、曲轴孔、缸孔以及决定燃烧室容积的加工，无论是哪一个步骤出现质量问题都将导致整个缸体的报废。按上述工艺及自主检查频次要求，一般缸体自动化的生产线运营需要十多名操作、检查和维护人员，而由于自动生产线的信号传递、联动控制较复杂，当各种复杂的要素结合在一起的时候，无论来自于内外部哪一方面的因素都会影响到缸体加工的质量[2]。

4缸体加工的质量控制

一般来说影响缸体加工质量的因素来自以下四个方面：首先是加工设备本身的误差，主要是受旋转工作台、丝杠等运动副定位精度的影响。其次是夹具的影响，主要表现为定位干涉和夹具夹紧力不稳定。第三是刀具的影响，镗刀的跳动、刀片材质、切削液冲洗的位置均直接影响加工品质。最后是工艺的合理性，以要求的循环时间为前提,粗精加工应安排在同一工位，加工余量的分配应根据被加工位置的工艺要求和刀具形式来确定[3]。以某主机厂1.6L机型缸体精加工线为例，采用以下两种技术方案有效实现了对加工质量的控制。4.1采用MARPOSS装置(无线电传输测头系统)减少定位精度误差。本缸体线使用的是某公司WH50TFC卧式镗铣加工中心，其主要运动结构是绕Y轴旋转的工作台，可沿X、Y、Z方向移动的主轴。在前述工艺中，第7、8、10、11步的加工精度将影响发动机质量，因此尽可能的消除加工中心本身的误差可有效提高加工精度，实现质量控制。在这四个工序的加工中心内设置T25+WRP45式样和T25+WRP60式样的MARPOSS装置，在程序内设定每加工20台后启用MARPOSS装置：T25测头测量基准点位（在工作台上安装基准块或基准孔），测量结果由WRP发射器、接收器（WRI）集成接口组成的无线电传输系统发送给加工中心，加工中心根据程序自动补偿旋转角度或进给轴定位坐标，实现对加工位置的精确控制，最终实现对加工质量一致性和稳定性的控制。需要说明的是测头测量的基准点位必须保证清洁。4.2采用曲轴孔自动测量机在线检测和反馈。按前述加工工艺，上缸体组装曲轴瓦盖和底缸体后变为整缸体（步骤6），在完成曲轴孔镗铣（步骤7）后、进行缸孔镗铣（步骤8）前设置1台曲轴孔测量机，按照曲轴孔镗铣后的孔径要求，100%测量曲轴孔孔径，并将测量结果反馈至步骤7的加工中心，同时在加工中心内设置程序，只有接收到测量机内的检查结果并进行判定是否需要对镗刀调整后再进行加工。通过测量机100%的检查，可以实时确认镗铣加工的品质，当出现孔径加工不良时测量机可发出报警，不良工件不再流入后工序，同时加工中心根据接收到的测量结果，自动判定是否需要对镗刀进行调整，如需调整可通过镗刀调整装置对准镗刀上需要调整的刀片进行扩张或缩小的微调，保证孔径处于公差中值。

5结束语

发动机作为汽车的心脏，其性能直接决定了整车的性能，而缸体作为发动机的核心部分，也是承载整台发动机部件的重要机体，这就要求在进行加工工艺编制时必须精细合理，严格把控过程质量。由此可见，对发动机缸体加工工艺设计和质量控制的研究，有利于促进我国发动机制造产业的发展，在提高缸体制造质量以及提升制造工序过程中的精度方面有重要作用。

参考文献：

[1]魏星雷.汽车发动机缸体加工工艺分析[J].内燃机与配件，2018.

[2]穆军彪.汽车发动机缸体加工及质量诊断分析研究[J].时代汽车，2017（10）：97-98.

[3]邓发平，黄家贵.汽车发动机缸体加工变形分析及精度控制[J].企业技术开发：中旬刊，2016（35）：17.

作者:黄海华 单位:东风悦达起亚汽车有限公司