汽车缸体高效加工工艺解析

文章来源：汽车工艺师发布时间：2020-04-07

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气缸体是发动机的主体，其主要加工表面有：上表面（和气缸盖接合）、下表面（通过油垫和曲轴箱接合）、前后面、缸孔、轴承盖座面、装上轴承盖与轴承后形成的曲轴孔以及作为工艺基准的平面和孔，主要的加工方法为铣、镗和钻等。

首先我们先观看两个视频，下面的视频是由美国centroid拍摄的汽车气缸加工的视频，展示了各种加工工艺。

还有一个视频，展示的是德国加工技术：双主轴加工汽车发动机缸体：

气缸盖接合面加工

气缸体的制造材料通常为铸铁，随着汽车轻量化的不断发展，近来铝制气缸体也得到了广泛使用。

为保证铝合金缸体孔壁具有足够的耐磨性，降低活塞运动中的摩擦因数，缸孔均采用内镶灰铸铁气缸套的办法。因此就形成了缸体上表面与缸盖的接合面是双金属表面，如果是V形缸体，则上表面有左、右两面为不同金属，这两种金属一个塑性较好，另一个脆性大些，铝合金切屑易黏附在刀具上，使加工表面恶化，一旦磨损很易生成毛刺，一般刚性差、易颤振；铸铁则较脆易崩口。如果加工后两者不在同一平面上，会直接影响到燃烧室的密封程度，从而影响发动机的性能。那么如何选择合适的刀具和工艺来保证严格的平面度以及表面粗糙度要求？如何消除孔口及边缘部分的崩口、毛刺？

为解决这些问题，考虑到气缸盖接合面铝材面积较大，所以选择对铝加工切削性能好、切屑黏附性小的PCD（金刚石）刀片；对铸铁切削性能好的CBN（立方氮化硼）因对铝屑的黏附性大，未被选用。同时优化设计精加工所用带PCD刀片面铣刀的前角、主副偏角以及刀尖圆弧半径等，以均衡对两种金属的挤压力和弹性变形。

此外，气缸体为了散热，结构上有很多冷却孔，加工中极易残存切屑，而使发动机冷却性能恶化，而要除去大量的切屑常费时费力，增加成本。为此，开发可同时解决切屑处理、冷却孔积屑以及粉尘问题的吸引并集屑的铣刀附加结构。该结构通过利用离心力、工厂压缩空气的或专门的吸尘器技术的方式，解决以上的问题，客户可根据需要选用，从而达到改善生产环境、降低加工成本的目的。而铸铁制的缸体可应用的装CBN（立方氮化硼）刀片的面铣刀，其中多齿数可进行大进给粗加工，以获得较高的加工质量和生产效率。

气缸缸孔加工

为保证缸孔与活塞有合适的间隙，缸孔的精度要求很高，采用多刃镗刀。

粗加工用的镗铣刀刀片选用性价比高的硬质合金材料并带CVD涂层，刀片具有能降低切削负荷的断屑槽。

半精加工和精加工采用往复都可以加工的复合镗铣刀，镗铣刀往下时，相当于推镗以进行半精加工，回复时复合镗头中拉杆向上拉动联杆机构使精加工刀头伸出，一面旋转一面向上进行精加工相当于拉镗；这种镗铣刀具有与专机配合的外径伸出调整机构，调节拉杆抽出量即可补偿精加工刃的磨损；此机构还可与专机内测定系统相联系，使加工精度和刀具寿命能达到均衡；另外，这种刀具还带有减振器可防止加工中多种因素引起的颤振。

半精加工和精加工刀片选用切削速度高，耐磨性好，能长期保持高精度加工的CBN材料。

曲轴轴承孔加工

气缸体上有支承曲轴的轴承座，在其上安装轴承盖，装配后形成支承曲轴轴承的孔，该孔对工艺精度和直线度等要求非常高，曲轴安装进去，再与连杆和其他动力输出零部件连接在一起后，就可以旋转工作了。

加工这个多支承的非连续的长孔必须采用高刚性的长镗刀（杆）来加工，因为长径比大常被称为线镗刀，该刀具通常使用在专机上，以进行半精镗和精镗加工。线镗刀分为两种：一是将半精加工的圆刀头和可调整精加工刀夹组合在一起用拉镗的方式进行加工，为提高刚性与抗振性镗杆中心插入硬质合金棒；二是既装可调整加工轴承孔径的刀夹并装上可加工轴承座端面的刀架，装上刀具后，可同时加工轴承孔和轴承座端面。为综合考虑镗杆的刚性和回转平衡性，精心设计线镗（杆）刀在径向和轴向的断面结构形状，精心设计各轴承座孔加工用小镗刀伸出量的可调结构。

铸铁气缸体和轴承盖接合在一起加工问题不大，铝合金气缸体和铸铁轴承盖接合在一起又会碰到双金属加工问题，轴承座在下面承载较大，需和轴瓦贴合更好，因此该方法适用于铸铁加工。