汽车发动机缸盖装配工艺分析研究车辆工程管理专业

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1、汽车发动机缸盖装配工艺分析摘要：发动机缸盖作为复杂零件，表述繁杂，文章从使用功能角度介绍了缸盖各部位重要程度，分析了缸盖与相关零部件装配关系，指出缸盖机加工艺路线的核心原则，同时阐述了其关键部位的加工方法及注意事项。实践表明，该原则及方法有助 于把握缸盖加工关键，灵活编排工艺关键词：发动机缸盖；装配关系；工艺分析；加工方法目录一、 绪论31. 选题背景32. 设计内容4二、 汽车发动机缸盖装配的装配关系41. 六个外形面42. 各孔系43 装配关系的总结5三、 汽车发动机缸盖装配的机加工艺51. 加工顺序52. 加工方法6四、 汽车发动机缸盖装配工艺的注意事项91.罩壳面和缸体结合面之间的距离

2、尺寸要求不必太严。92.注意易磕碰部位9五、汽车发动机缸盖装配工艺的实例9六、总结10引言随着国民经济的高速发展，人民生活水平日益提高，人们环保意识不断增强，促使汽车行业向环保性、安全性、多品种、优质化及个性化方向发展。发动机是汽车领域技术最密集的关键部件，为了适应汽车行业的发展需要，汽车零部件行业必须全面提升零部件特别是主要零部件。汽车发动机缸盖智能压装在装配时提升效率，能满足不同的装配产品，对提高汽车发动机产品质量提升、降低排放、增加效能具有推动作用。可以说，汽车发动机是汽车的整个心脏，其装配技术是整车装配技术的集中体现。而汽车发动机装配线的工艺流程对产品质量起着决定性的影响。因此，汽车制

3、造厂家为了提高装配质量和生产效率，必须对汽车发动机装配工艺流程的全过程进行分析研究。一、 绪论1. 选题背景中国的汽午制造业的生产自动化水平以及信息化水平 不断发展。汽车的生产工艺也变得愈加复杂。与此同时，对汽车的质量以及性能 的要求也目益提高。发动机是整车部件的重中之重，其质量水平能够最终影响到 汽车的整体性能质量。针对发动机缸盖生产线进行系统、全面的质量控制受到工程界越来越多的重视。2. 设计内容发动机是汽车的心脏，因此在装配中必须全面达到工艺标准的质量要求。本文对汽车发动机的组成、装配的要求、工艺、检验及装配的注意事项进行了分析。利用数控技术和现代化传感器技术来实施柔性化生产过程的控制，

4、使得缸盖导管阀门压装装配过程实现全闭环调节，完成缸盖导管阀门的精确定位装配，从而提高压装生产的质量。二、 汽车发动机缸盖装配的装配关系汽车发动机缸盖与发动机的配气和点火等重要性 能密不可分。而缸盖作为复杂零件，其表述繁杂，容易使人对其机加工艺摸不着头绪。文章以直列 4 缸发动机铝合金缸盖为例，明晰了缸盖与相关零件的装配 关系、机加工艺核心原则及关键部位加工方法。1. 六个外形面1.1缸体结合面 与缸体结合，此面上有燃烧室。气缸的容积与燃 烧室容积的比值称为压缩比，这是发动机性能的重要 参数。气缸中被压缩的可燃混合气体在燃烧室内被点 火和燃烧，燃烧室容积变小，可能引起爆燃，容积变 大，会导致发动

5、机功率不足。一般缸盖的燃烧室都是毛坯面，不需机加工。因此，缸体结合面与燃烧室内 毛坯面的位置精度要求相对较严。另外，此面对发动 机燃烧室的密封性关系很大，虽然缸体和缸盖中间还 有气缸垫，仍对此面的平面度要求较高。1.2其它各面 罩壳面与主要起防尘及防噪声作用的凸轮罩配 合，中间还有气缸垫；进、排气面分别与进、排气歧 管相配合，中间有垫片；两侧面主要安装一些控制器 及罩壳等装置。这些部位要求均不高。2. 各孔系 一般四冲程发动机缸的工作行程是：进气、压缩、 做功及排气。缸盖一个重要功能就是给发动机配气， 配气机构的工作过程是凸轮轴通过驱动挺杆进而驱动 进排气门开启，进排气得以实现。在压缩和做功的

6、 2 个 行程中，进排气门通过挺杆内的弹簧等作用而关闭。 2.1凸轮轴孔系 进排气凸轮轴孔各装一根凸轮轴，而凸轮轴在孔 内旋转以驱动挺杆，因此，各挡凸轮轴孔的同轴度要 非常好，否则会出现凸轮轴早期磨损、犯卡、甚至无 法装配等问题。 2.2阀座导管孔系 阀座与导管位置关系：气门在导管孔内往复运 动，同时，气门头必须要与阀座的密封锥面保证良好 的配合。因此，阀座和导管孔二者之间的跳动要求非 常严，否则会出现燃烧室漏气等严重影响发动机性能 的问题。 2.3 挺杆孔 装配气门挺杆，以凸轮轴传递来的动力驱动进排 气门，挺杆孔与导管孔之间有一定的同轴度要求。2.4 其它 火花塞孔、螺栓孔、螺纹孔、水孔及油

7、孔和其它 部件之间没有太紧密的联系，位置要求不高。3 装配关系的总结 1） 凸轮轴孔系各挡孔间位置关系特别重要；2） 阀座导管孔系之间位置关系特别重要；3） 缸体结合面与燃烧室内毛坯面间位置关系比 较重要；4） 挺杆孔与导管孔间位置关系比较重要。 其余部位位置精度要求一般。三、 汽车发动机缸盖装配的机加工艺工艺方案的制定主要考虑 2 方面：1）加工顺序，即先与后、分与合的问题；2）加工方法，即具体的实现手段。1. 加工顺序 本着先基准、后其它的机加工原则，首先要考虑 的是粗、精基准。 1.1 粗基准的选择 要保证缸体结合面与燃烧室内毛坯面的位置，实 际上就是要选择一个合理的粗基准。在缸盖的缸体

8、结 合面方向，都会留有 3 个工艺定位台阶，作为粗基准， 这个工艺定位台阶与燃烧室位于同一方向，是铸造模 具同一个型面形成的，没有分型等铸造工艺误差，因 此比较准确，所以必须要用缸盖的缸体结合面方向上 的粗基准做为首次定位基准，加工出机加工的精基准。 以后的误差，都是用机加工的精基准重复定位而产生 的累积误差，相对较小，不会影响压缩比。 1.2 精基准的选择 缸体结合面和罩壳面比较大，结构上比较适宜做 精基准，因此，选择缸体结合面和此面上的 2 个定位 销孔作为第一精基准，罩壳面为第二精基准。1.3工序组合 这方面对产品位置精度的影响较大，一般来说， 按照工件位置精度要求的严格与否，有 4 种

9、方法可以选择，1）要求不严的，可以分别用不同的基准来定 位加工；2）有一定要求的，通过用同一个基准来定 位加工；3）要求很严的，通过一次装夹来完成；4） 要求极严的，既要一次装夹，又要用一把刀同时加工， 由此，可以得出缸盖机加工艺的核心原则。 1.4 核心原则 加工顺序方面要求：1）以缸体结合面方向上的 毛坯粗基准作首次定位基准；2）凸轮轴孔系一次装 夹且用一把刀加工；3）阀座导管孔系一次装夹且用 一把刀加工；4）挺杆孔和阀座导管孔系最好一次装 加工，对于部分要求不是特别严格的产品，也可以通 过调整夹具精度的方式保证位置度；5）其余部位可用不同精基准定位进行加工。2. 加工方法从缸盖各部位的尺

10、寸精度、位置精度、形状精度 及光洁度等要求来看，大部分面和孔的各种要求不高， 可以通过常规的铣、钻、镗、铰及攻丝方法来实现。 但是，存在 4 个难点，凸轮轴孔系和阀座导管孔系由 于产品结构的关系，精度高，要求严，而且长径比过 大，如果用常规的加工方法，即使一次装夹加工，也 很难保证要求。缸体结合面由于平面度要求较高，面 积较大，也有一定难度。另外，为适应现代加工高效 生产的要求，也需要有相应的解决方法。 2.1凸轮轴孔系 以直列 4 缸 1.0 L 铝合金缸盖为例，凸轮轴孔的 精度要求，如表 1 所示：加工难点：孔系很长。如果通过工作台回转掉头 加工，转台回转误差和机床重复定位误差很难消除，

11、另外还包括操作者设定加工座标系的人为误差，即使 掉头加工，刀具仍然很长，也无法稳定保证同轴度要求。而一头加工，刀具的长径比约为 20，用常规的 镗和铰方法更是无法实现。 加工方法：1）在专机上用线镗刀加工，通过在 专机上增加支撑导套来解决刀具过长的问题，线镗刀 正、反走刀来实现半精和精加工，保证了同轴度。此 法效率较高，但通用性差，在柔性设备上实现比较困难。2） 在加工中心使用枪铰加工，如图 3-1所示：图3-1 枪铰加工图枪铰工艺分为 2 把铰刀加工，一把是导引铰，另 一把是枪铰。导引铰比较短，刚性好，刀体前部一般 有一个可调式铰刀片；枪铰很长，前部有 2 个可调式 铰刀片，前后各一个，其中

12、第 1 个刀片加工直径尺寸 与导引铰尺寸一致，第 2 个刀片是成品尺寸，刀片之 后是 3 根金属陶瓷导向条，一直延伸到刀体柄部。 如：导引铰刀片做成 22.7，枪铰第 1 刀片尺寸也为 22.7，第 2 刀片尺寸为 23H7。加工时，首先用导 引铰加工出一挡凸轮轴孔，用此孔做为枪铰的第 1 刀 片的支撑导向孔，第 2 刀片进行切削，以保证加工稳 定。枪铰精加工第 2 挡孔时，用加工好的第 1 挡孔作 为枪铰刀体上 3 根金属陶瓷导向条的支撑孔，刀具旋 转时，切削液会在导向条与已加工凸轮轴孔之间形成 一层油膜，对刀体起到支撑作用，从而保证切削稳定。 以后 3 挡凸轮轴孔同理。这样，通过刀具自定位

13、的方 法，解决了刀具刚性不足的问题，同时也充分保证了 各挡凸轮轴孔之间的同轴度。由于此法加工精度高， 对工装要求低，可以在柔性加工中心使用，通用性很强，因此被越来越多的厂家所接受。2.2阀座导管孔系以直列 4 缸 1.0 L 缸盖为例，其阀座导管孔隙精 度要求，如表 2 所示：加工难点：从尺寸数据来看，导管孔长径比很大， 同时产品结构很紧凑，要保证阀座相对导管的跳动以 及导管的直线度难度很大。 加工方法：现在比较可靠的方法是复合枪铰。加 工导管的原理与凸轮轴孔相似，也是采用先导引铰 后精铰的方法来保证导管孔直线度。加工阀座采用 CBN 锪刀锪平阀座孔与气门配合的密封锥面。另外， 将阀座刀具与导

14、管刀具复合，不必换刀可实现二者同 时加工，从而消除了机床重复定位误差工，更稳定的 保证跳动精度。2.3缸体结合面 加工难点：此面平面度要求较高， 一般为0.05 mm，型面较大，以 1.0 L 小排量缸体为例，外形 也有 155 mm430 mm。如果采用分刀铣，会有接刀 痕；如果一刀过，铣刀盘直径至少需要 200 mm，仅 铣刀盘的质量就要 10 kg。同时与这样的铣刀盘配套 的刀柄也必须比较大，HSK-A100 的刀柄也达到 7 kg。 这样的刀具质量，一方面对于目前比较流行的铝合金 材料缸盖来说，大大限制了铣削切削速度的提高，严 重影响了生产效率。对于更大排量的缸盖而言，对于 加工中心的

15、换刀系统也是一个考验，甚至要选用大规 格的机床才能解决可靠的换刀和主轴抓刀。解决方法：现在可以通过使用铝合金铣刀盘，来 减少刀具质量，从而缓解上述问题。铝合金刀盘减重 约 70%，大大提高了加工工艺性。对于铝合金缸盖的加工，刀具减重使得采用更高效刀具材料成为可能。2.4 高效加工 对于生产纲领较大的产品，高效无疑是客户追 求的目标。1）缩短基本加工时间。主要体现在刀具 方面，可以通过采用高速加工刀具材料实现，如：金刚石（PCD）刀具（PCD 面 铣 刀 切 削 速 度 可 达 3 000 4 000 m/min）和 CBN 刀具等；也可以采用新型的刀具结构来实现，如：铝合金加工四刃钻头、 直槽钻以及复合刀具等。2）缩短辅助时间。选用现 代高速加工机床，采用线性导轨及直线电机等技术来 节省空行程时间，可以选用配有交换工作台的机床使 基本时间与加工时间相重叠，甚至选用柔性加工单元等。四、 汽车发动机缸盖装配工艺的注意事项1.罩壳面和缸体结合面之间的距离尺寸要求不必太严。从装配角度看，罩壳面装配一个罩壳，与其它零件也不发生太多关联，因此罩壳面的位置要求不 必太严。实际上这个问题的由来，是由于罩壳面与凸 轮轴孔中心线很多时候位于一个平面上，对这 2 个尺 寸有