为追求试制加工的低成本、高质量和高效率，发动机关键零件的加工工艺在不断地进行改进。本文结合实例，对发动机关键零部件缸体、缸盖的试制加工工艺进行了探讨，为产品量产提供了重要的依据。

缸体、缸盖作为发动机关键零部件之一，形状复杂且加工部位多，需要编排的工艺方法也较多，而试制阶段产品量少，仅用于研发，在此阶段不会有条件采用专机来完成。因此，在试制加工工艺的编排上必须符合以下三项原则：工艺性原则、经济性原则以及高效率原则。合理编排试制工艺至关重要，将直接影响新产品研发的加工效率和加工精度，涉及机床夹具、辅具和利用率。本文以我公司目前开发的一款2.0L平台排放达到国V标准的汽油机产品的缸体、缸盖试制加工工艺开发为例，对整个试制过程中的加工工艺方案设计、夹具方案设计、刀具方案选型以及切削用量的选择等进行了详细介绍。

试制加工工艺方案设计

1.加工零件及材料

（1）缸体 材质：铸铁；牌号：HT250；硬度（HB）：180～220；净重：约39 kg，经时效、喷丸处理。

（2）缸盖 材质：铝合金铸件；牌号：AlSi7Mg；硬度（HB）：80～110；净重：约14kg。缸盖热处理方式为T6（T6为铝合金材料一种热处理方式标准）。

2.加工形状分析

大部分发动机的缸体、缸盖结构设计基本由6个大面构成，即为前后端面、顶面、底面和进排气面。通过对零件材质、形状的分析，以及夹具定位方式的确定，编制以下工艺设计方案：粗加工→精加工→珩磨加工。其中，首道工序采用毛坯基准定位，一般设计在缸体的进排气面上，由3个高低不等的台阶面组成；完成底面粗铣、半精铣→底面工艺销孔钻铰加工，其他各面孔分别由底面为基准一面两销定位完成粗加工；最后一道工序设计为精加工，采用液压夹具，完成对各关键部位的精加工。

缸体总成上关键部位（缸孔、主轴孔）的加工尤为重要，加工尺寸、形状和位置之差均有较高精度要求，且孔的表面粗糙度要求也较严格，在工艺的编排规划上需尤为谨慎。结合奇瑞公司现有试制设备，考虑试制的生产量和成本控制等要求，在借鉴国内外典型曲轴孔加工工艺的基础上，我们拟定缸体曲轴孔加工路线如下：粗铣机体曲轴半孔→装瓦盖→半精镗→精镗。机床使用海科特CWK500卧式加工中心，其特点是主轴刚性好；使用HSK100A刀柄；对刀仪为蔡司生产。工件定位方式采用前序加工完成的精基准：底面及面上两销，进排气侧面夹紧。粗铣曲轴半孔目的在于去除大的加工余量，为后面的镗削创造较好的加工条件。半孔加工使用φ60.4mm单刃镗刀镗削半圆孔，半精镗采用φ60mm；铰镗刀从缸体的一端完成两档的加工，起到引刀作用，精镗采用φ61mm铰镗刀，通过引刀孔完成全部加工。

为保证缸孔加工质量，合理安排缸孔的加工工艺，完善缸孔加工工艺设计，通过多年技术研究试制验证，我公司在气缸体的加工工艺编排上形成了独有的工艺设计方案，即：缸孔粗镗→半精镗→精镗→缸孔珩磨，完成。为保证缸孔加工壁厚的均匀，避免缸孔精镗后偏心问题的发生，我们为此经过长时间的问题攻关验证，以找正缸孔2#和3#横向、纵向坐标点作为加工坐标系，实现加工坐标系真正意义上的统一，减小缸孔的加工误差。半精加工与精加工安排在最后一道工序，在以首序加工完成的“底面+底面工艺销孔定位”完成镗削；精镗后缸孔留有0.08mm余量进行珩磨加工完成；珩磨机床采用NAGEL单轴立式珩磨机，共分为3道程序，粗珩→精珩→平台珩，完成。

缸盖试制加工工艺方案设计与缸体大致相同，粗加工→精加工，完成。其中，首道工序仍用毛坯基准定位加工，最后一道工序同样采用液压夹具完成关键部位的加工。气门座圈导管孔的加工无疑是缸盖最难保证的加工工艺，加工精度好坏，直接影响到发动机的动力和尾气排放指标。对于座圈导管孔的加工我们采用了如下工艺：底孔粗加工→精加工→压装座圈导管→压装后粗加工→压装后精加工，完成。为确保座圈孔与导管孔同轴度等加工精度要求，其底孔加工与压装后加工内容全部安排在相应的同工序，同方向进刀完成加工，避免二次定位产生误差，保证其同轴度要求。

在试制加工工艺规划时，应仔细分析模拟产品在加工过程中是否会产生干涉，妨碍刀具的走刀；充分考虑在现有的条件下是否能够达到零件的加工要求，了解零件的材质要求，以便合理地选择刀具切削参数，并编排加工工艺和加工顺序。试制加工工序的顺序一般应遵循先粗后精、先近后远的原则。粗加工与精加工之间余量合理分配，基准转换应考虑加工零件垂直度、同轴度等，最大限度遵循工序集中原则，避免二次装夹，提高加工效率避免加工误差；基于产品二维图样，查找分析产品图样尺寸标注；尽量安排设计基准、工艺基准、测量基准与工件零件坐标统一。在工艺方案设计过程中，基于产品设计图样要求及工艺流程图的定版，确立需要编制的相关试制工艺文件，如特殊特性矩阵图、特殊特性清单等，为后期试制过程控制计划工艺文件的编制提供依据。

试制夹具方案设计

试制加工主要考虑零件的产品质量、项目试制周期等，基于产品图样，产品毛坯基准的给定，完成试制夹具方案设计编排。试制基准的选择，应注意减少装夹次数，尽量做到在一次装夹后能够把零件上所有被加工表面都加工到。定位基准的选择应尽量与设计基准重合，减少定位误差和尺寸精度的影响，提高产品试制的高效、高质。根据产品零件的复杂程度，在试制夹具的选择上只要求简单、夹紧机构到位就可以。首先加工零件的被加工部位必须充分暴露在外，夹具压板最好与加工表面有一定的安全距离。夹具必须具有较好的稳定性和刚性，避免加工过程中更换夹紧点造成不必要的加工误差。零件试制应尽量选择采用组合夹具和复合夹具。

图所示为我公司在CWK500D卧式加工中心上为加工本款2.0L缸盖产品所自主设计的一副夹具。夹具采用三位一体式设计，即一个夹具体上复合了3个装夹方式。夹具一次装夹更换3种定位方式可以满足缸盖零件所有大面的加工，避免了重复装夹的精度误差，以及对工作效率的影响。在试制加工中，粗加工一般选用专用夹具，其定位效率较高，且稳定性可靠，成本低。精加工夹具应选用液压或气压夹具，其精度高、稳定性好，但成本较高。

试制刀具方案选型

根据生产设备的需要，在试制刀具的选择上，也应充分考虑刀具的品牌、出厂地、刀柄品牌、刃具品牌、刃具材质以及刃具切削参数等。因此款产品的缸体材质为铸铁件，缸盖为铝合金材质，我们应该采用匹配铸铁加工的刃具加工，而缸盖则选用匹配加工铝合金材质的刃具。如今市场上的刀具品牌众多，刀具的制造供货进度很大限度地制约了项目的开发周期，所以在进行刀具交流协议签订过程中需明确刀具的出厂地。

现阶段数控加工刀具的材质主要分为高速钢、硬质合金两大类，细分为涂层硬质合金、陶瓷材质、立方淡化硼（CBN）和聚晶金刚石（PCD）。试制刀具的选择主要考虑刀具的刚性好、耐用度高，以提高生产率、保证加工精度以及避免刀具更换次数为根本。另外，试制刀具结构方式的选择也很重要，为了提高生产效率，降低研发成本，一般多选用复合刀具，如钻镗复合、钻铰复合等；但复合刀具的最大风险为刀具形状复杂，为产品特定的非标刀具，有着不可重复利用的缺点。而金刚石、立方淡化硼等材质刀具价格比较昂贵，丛经济角度来说不优先考虑；陶瓷刀具虽然耐热性好，与金属亲和力小，加工表面质量好，但强度韧性低，导热能力低，易崩刃；硬质合金中钨钴类不加工钢，排除钨钛类。因此，从试制成本及刀具投资的长期性角度来看，试制刀具的选择应综合考虑和平衡。

试制切削用量的选择

选择切削用量的原则通常为：粗加工时，一般主要以提高生产率为主，但也要考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体主要依据机床说明书、切削用量手册以及经验决定。

1.切削深度（t）

在机床、刀具以及工件允许的情况下，t就是加工余量，这是提高生产率的一个有效指标。为了保证工件加工精度和表面粗糙度，一般留有一定的余量进行精加工。数控加工的精加工余量可略小于普通机床。

2.切削宽度（L）

一般L与刀具直径（d）成正比，与t成反比。经济型数控加工中，L的取值范围一般为（0.6～0.9）d。

3.切削速度（v）

提高v也是提高生产率的一个措施，但v与刀具耐用度的关系比较密切。另外，v与加工材料也有很大关系，如立铣刀铣削合金钢30CrNi2MoVA时，v可以采用8m/min；而同样的立铣刀铣削铝材时，v可选200m/min。

4.主轴转速（n）

一般根据v来计算选定。

5.进给速度（vF）

根据零件的加工进度和表面粗糙度要求以及刀具和材料来选择，但是进给速度受到设备的刚性和进给系统性能等限制。

综上所述，从试制件加工质量和成本的角度，不计加工效率的方面分析，首先需要根据工件材质、加工方式、精度要求、刀具材料以及机床功率等因素考虑选取适合的加工参数。试制加工主要为零件验证调试与小批量生产，切削参数的选择应在保证加工精度和表面粗糙度的前提下，充分发挥刀具的切削性能，保证刀具的耐用度，发挥机床的性能，最大限度地提高生产率，降低研发试制成本。

结语

对于企业，发动机产品的试制研发，会给企业创造成果，会给企业带来影响力和竞争力，同时项目研发费用的投入，也会给企业增加压力和负担。只有成熟的试制加工工艺设计才能降低试制加工可能产生的工费，减少返工、二次投入等；缩短项目开发周期，保证加工质量，满足加工要求；减少失误，避免犯错，避免浪费。