发动机缸盖范文

发动机缸盖范文（精选9篇）

发动机缸盖 第1篇

缸盖主体结构有六个表面:顶面、底面、前面、后面、进气侧面和排气侧面 (见附图) 。

(1) 顶面 该表面上主要有凸轮轴孔、火花塞孔、挺柱孔和气门导杆孔等, 同时该表面是发动机上罩盖的安装面。凸轮轴孔如果加工的直径或同轴度不良, 将造成凸轮轴抱死, 最终导致凸轮轴、缸盖报废, 因此其加工要求很高。挺柱孔直径及表面粗糙度也有较高要求, 如果直径有偏差、表面粗糙度不良, 会导致挺柱卡死或者响声过大。

(2) 进气侧面 该表面是进气歧管的安装面, 对平面度、表面粗糙度有一定的要求, 加工不良会产生漏气现象。

(3) 前面 该表面主要有水道、油道膨胀盖孔。

(4) 排气侧面 该表面是排气歧管的安装面, 对平面度、表面粗糙度有一定的要求, 加工不良会产生漏气现象。

(5) 后面 该表面是发动机水泵的安装面, 对平面度、表面粗糙度有较高的要求, 如果加工不良, 会产生漏水现象。

(6) 底面 该表面相对而言更重要, 它是与缸体安装的接合面, 密封要求更严格。其上面有气门座圈孔、水道孔、油道孔、缸盖螺栓孔和燃烧室等。底面平面度、表面粗糙度如果不达标, 将导致发动机漏气、漏水、漏油, 严重损坏发动机;气门座圈孔与导杆孔同时加工, 跳动过大或接触不良将会导致漏气现象, 导致发动机功率下降。

加工工艺编制

1.加工基准

加工基准主要有粗加工基准和精加工基准。其中粗加工基准又可称为第一基准;根据具体情况不同, 精加工基准可以是一个或多个不同基准。

(1) 粗基准粗基准一般是缸盖毛坯底面的三个铸造面, 此三个面为等高面, 由模具在同一平面的三个凸台面保证。以此基准面作为第一基准, 加工出精基准孔面。后续加工都以精基准孔面进行定位加工, 加工精度误差较小、可控, 能够保证整体的加工质量。

(2) 精基准精基准的选择有多种形式。以笔者接触过的两种生产线为例, 它们采用了两种不同的精基准体系。

一条生产线是自动化程度较低的, 工序之间的缸盖移动需手工辅助, 缸盖直接装夹在夹具上。在该生产线上, 由粗基准加工出精基准后, 在不同工序, 根据加工面的不同, 采用了不同的精基准。以顶面的火花塞孔及顶面为定位基准, 精加工底面、前面、后面以及面上的孔 (包括缸盖底面与缸体上面连接的定位销孔) ;以底面的定位销孔及底面作为定位基准, 对顶面及顶面上的孔进行精加工。此种加工方法中, 精基准随着工序往后推进, 再做不同的变换。

另外一条生产线是自动化程度较高的生产线, 整个生产过程全部由加工中心、机械手及自动运输线完成。对于这样一条高度自动化的生产线, 必须考虑的重要问题在于如何保护好缸盖, 避免各工序间运输过程中碰伤、划伤, 以及保证缸盖进入加工中心后正确、有效地装夹。

第一种生产线, 因人工参与程度较高, 以上两个问题都可由人工保证, 但这条自动化程度较高的生产线, 不能回避这两个问题, 为此设计者在此采用了托盘装夹定位、运输的方法。也就是在以粗基准加工出精基准孔面后, 将缸盖的精基准面与专用托盘用螺栓拧紧。后续加工时, 对专用托盘进行装夹固定即可, 简化了各工序夹具, 提高了装夹可靠性;同时, 运输过程中, 由托盘在运输线上运动, 可完全避免生产线对缸盖造成的划伤、碰伤。此种加工方法中, 精基准孔面是固定不变的。

2.工序设计

工序设计也就是各孔面加工的先后顺序, 工序设计对产品的尺寸精度、产品清洁度影响较大。通常来说, 可以从尺寸精度要求高低、切削量大小及缸盖内切屑清洗难易这三个主要方面考虑。

(1) 精度要求 按照缸盖尺寸精度要求高低, 有五项原则:一是对相互位置精度无严格要求的部位, 可以在不同工序使用不同的基准装夹加工;二是对相互位置精度范围较大的部位, 可采用同一个基准, 在同一工序或不同工序加工;三是对相互位置精度范围较小的部位, 则在同一工序, 一次装夹加工;四是对同轴度、平行度等精度要求极高的部位, 则必须使用整体复合刀具一次加工或二次加工 (对刀具要求比一次加工更高) , 且工作台不得二次转动;五是精度要求极高的孔面加工后, 再加工邻近部位时, 可能会产生加工挤压变形, 导致已加工部位的尺寸精度下降, 此时需要设计者合理安排加工先后顺序。以笔者遇到的实际问题为例, 直列四缸1.4L缸盖, 四个气门座圈孔中间区域是火花塞螺纹孔, 位置距离较近, 原先工序设计是先加工气门座圈, 然后钻孔、攻螺纹, 加工出火花塞螺纹孔, 结果气门座圈加工面的接触度及跳动无法满足要求。多次调试刀具, 检查设备, 调整切削液均不能解决问题, 后将火花塞螺纹孔调整至气门座圈之前加工, 则尺寸精度满足要求, 问题解决。

(2) 切削量 按照加工时的切削量大小, 可分为粗加工和精加工。对这方面的考虑, 应遵循以下原则:粗加工工序尽量合并, 在第一或前几个工序加工。这是因为, 一方面, 粗加工工序切削量大, 设备负荷大, 精度易下降, 在一定精度范围内, 仍然可满足粗加工要求, 但却不能满足精加工要求, 因此粗加工、精加工尽量分离, 有利于降低设备消耗成本;另一方面, 精加工工序几乎是对加工部位的最终加工, 过早完成精加工, 会增加精加工孔面在生产运输过程中产生碰伤的几率, 不利于提高产品质量。

(3) 清洗要求 实际生产过程中, 还需要考虑缸盖加工过程中产生的切屑, 会在缸盖表面、内腔堆积。尤其是缸盖内腔的切屑, 难以清除。如果不清除, 切屑将会在发动机水道、油道内移动, 堵塞或者损坏相关部件, 导致发动机整机出现严重质量问题。因此在工序设计时, 必须考虑合理, 从而减少、避免切屑尤其是大块的切屑进入内腔。

3.加工难点分析

缸盖加工主要就是孔、面的加工, 从设计图样上分析, 大部分的尺寸、表面粗糙度等技术要求, 常规的加工手段、加工刀具都可满足技术要求。但是加工难点依然存在。

(1) 高效率加工 现代社会对于生产追求高效。如何在同样的时间产出更多的产品, 是一个重要课题。

首先, 可以通过采用高速加工中心、高速加工刀具来实现加工效率的提升。在此, 我们主要探讨一下高速加工刀具的应用。高速加工刀具要求材料具有更好的耐磨性、韧性以及更轻的质量。

在缸盖加工技术中, 气门座圈材质与缸盖本身的材质有较大区别, 硬度较高, 因此现在多采用硬度和耐磨度较高的CBN材质刀片来加工气门座圈。

PCD刀具比普通金属刀具有更高的硬度和耐磨性, 且不易产生粘刀现象, 因此在缸盖加工中有较多应用, 如凸轮轴孔、气门座圈孔粗加工用的粗铣刀, 挺柱孔加工用的精镗刀, 定位销孔加工用的精铰刀等。

缸盖的上面、底面以及进排气面都是比较大的面, 且表面粗糙度和平面度要求都比较高, 尤其是底面与缸体安装配合, 加工不好很容易产生漏水、漏油和漏气现象, 因此这也是缸盖加工的一个难点。对于这些面的加工, 我们采用大尺寸的盘铣刀, 一次进给完成加工, 且可获得很好的平面度、表面粗糙度。该类型盘铣刀由德国某公司设计并申请专利, 主体采用铝合金材质, 大大降低了刀体的质量, 配合PCD刀片使用可大幅度提高加工速度。以某生产线为例:缸盖底面174mm450mm, 采用直径为125mm的盘铣刀, 转速可达7 000r/min, 每转进给量可达0.72mm, 加工后平面度0.03mm左右, 表面粗糙度值Ra=2.8μm。

其次, 可以通过复合成形刀具的应用, 大大减少加工时间, 同时也节省了换刀时间。因此对同心孔的钻孔、铰孔等工序尽可能采用阶梯刀具一次加工, 在缩短加工时间的同时也提高了孔的同轴度。

(2) 主油道孔加工 以直列四缸1.4L缸盖为例, 其主油道孔长达430mm, 而孔径只有8.1mm, 长径比达到53。加工如此长的孔, 难度相当大, 钻头会因长度过长而刚性下降导致断刀。考虑加工的实际情况, 主油道孔一般是从两头向中间钻孔, 在这种情况下, 长径比缩减一半, 但是难度依然比较大。

在实际生产中, 可使用双刃麻花钻, 但测试不同厂家制作的钻头发现, 几家国产厂家的刀具无法使用, 加工即断裂。从断刀现象分析, 为排屑不畅导致。而某进口刀具可顺利通过测试。观察其不同点主要有:麻花钻螺旋角、排屑槽宽度、排屑槽表面粗糙度等。因此合理的刀具设计技术、精湛的制造技术至关重要。

此外, 加工中心的内冷压力, 必须达到25MPa以上, 当低于此压力时, 断刀几率极大。因为当内冷压力不足时, 切屑不能及时排出, 切屑热量不能被尽快带走, 必然出现断刀现象。

(3) 凸轮轴孔加工以直列四缸1.4L缸盖为例, 凸轮轴孔 (进排气侧各五个) 尺寸及精度要求见表1。

与主油道孔类似问题是长径比过大, 更难的问题是所有孔之间的同轴度和直线度要求比较高。如果与主油道孔加工一样, 采用两头加工, 那么工作台B轴旋转时的机械误差将会导致同轴度、直线度无法满足要求, 因此必须在一次装夹、一次定位的条件下完成加工。

某生产线, 采用两把镗刀加工, 一把长约285mm (短刀) , 加工前三个孔;另一把长约500m m (长刀) , 加工后三个孔。短刀因长度较短, 刚性较好, 其前端安装两个可调式刀片, 一前一后布置, 前面的为粗加工刀片, 后面的为精加工刀片。再往后是一段较长的金刚石导条, 加上多处的内冷孔喷射切削液润滑, 导条起了很好的支撑作用。长刀采用同样的刀片布置和金刚石导条, 可完成后面几个孔的加工。通过这样的加工方法, 很好地克服了刀具刚性不足的问题, 加工同轴度、直线度也得到充分保证。

(4) 气门座圈及导杆孔加工 以直列四缸1.4L缸盖为例, 气门座圈及导杆孔尺寸及精度要求见表2。

同样, 从尺寸表上看得出导杆孔长径比很大, 并且要同时保证气门座圈孔相对于导杆孔的跳动, 加工难度比较大。

由前述的一些探讨中, 可以明确, 采用复合刀具一次完成气门座圈和气门导杆的加工, 理论上可以避免二次定位的误差, 从而获得较好的同轴度和相对跳动。

使用两把复合刀具完成该工序。第一把刀具加工A、C面及导杆孔引导孔 (φ5.95mm) , 第二把刀加工B面及导杆孔 (φ6mm) 。前端为加工气门导杆的铰刀, 通过中心的螺栓与刀体紧固, 可以实现快速换刀;后端是加工气门座圈的刀片, 不同的刀片加工不同的角度, 且在圆周上分布有金刚石导条, 起支撑作用, 能很好保证尺寸精度值。

发动机缸盖 第2篇

实习目的：掌握气缸盖拆装时的要求

掌握气缸盖的检测内容及方法

实习步骤：

气缸盖拆装：

一、取下摇臂轴等

二、拆卸气缸盖

1、用扭力扳手第一次拧松紧固的缸盖螺栓（从两边向中间对称拧

松）

2、用扭力扳手第二次拧松紧固的缸盖螺栓

3、用摇杆完全拧松缸盖螺栓并取下各螺栓

4、清洗气缸盖及各螺栓，并观察缸盖是否有裂纹，螺栓的丝扣是

否损伤

三、安装气缸盖

1、用摇杆由中间向两边对称拧紧各螺栓

2、用扭力扳手第一次由中间向两边对称拧紧各条螺栓

3、用扭力扳手第二次由中间向两边对称拧紧各条螺栓

气缸盖的检测：

一、气缸盖裂纹的检测

重点检查进、排门座孔之间的过梁处是否有裂纹

二、气缸盖平面度的检测

1、用塞尺检测气缸盖的平面度

L≦300，平面度为0.05

L﹥300,平面度为0.12、判断所测气缸盖平面度是否合要求

三、气缸盖机油道导通的检测法

用烟雾法检测机油道是否导通

发动机缸盖 第3篇

关键词：发动机；缸盖；铸造技术

中图分类号：TG251 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）06-0012-02

随着发动机技术的逐步发展，缸盖已经发展到四气门，而不再是过去的双气门，体积日益减小，压缩比和功率日益增高，而零件壁厚日益变薄，质量日益减轻。再加上现代汽车工业具有典型的大批量生产特点，对于发动机铸件的机械加工性和铸造工艺性都提出了较高的要求。本文就发动机缸盖铸造技术中若干问题进行探讨。

1 发动机缸盖铸件气孔缺陷的产生及防止

绝大多数的发动机缸盖铸件都具有较为复杂的内腔结构，且有多个砂芯形成，而砂芯的发气量较为集中且大，尤其是浇铸工艺采用立浇工艺时，会增加铁液粘度和铁液上升路程，也会降低铸件的顶部温度，这样一来，就会有侵入性气孔出现在铸件顶部。

1.1 气孔的形成

从目前来看，发动机缸盖铸件气孔缺陷中较少出现析出性气孔和反应性气孔，而以侵入性气孔为主。当铸型中浇注入铁液之后，在金属液热作用下，粘结剂、铸型、涂料、砂芯等物质都会逐渐地燃烧、分解或气化，产生大量的气体，并且会随着温度的升高，而让气体的体积随之增大，进而增大气体压力。当界面上某点的反压力∑P（∑P由P腔+P阻+P静组成）小于气体压力P气时，铁液中就会渗入气体而形成气孔，换而言之，气孔缺陷易出现在∑P①浇注系统中铁液静压力过小，这样就导致己侵入铸件内部的气泡不易溢出。

②砂芯、铸型的排气通道没有得到较好地密封，或者砂芯、铸型的排气通道受阻，排气通道就会钻入一定数量的涂料，堵塞气体排出，并且还会让气体压力P气增大。

③铁液粘度变大、浇注温度过低、铸件顶部温度过低、浇注速度过慢等因素都会导致不便排除侵入型腔的气体。

④混砂不均匀，或者原材料发气量大，都很容易会导致砂芯局部发气量变大，并且还会让气体压力P气增大。

⑤若砂芯没有得到及时地烘干，那么铁液与水分反应就会产生较多的气孔，而气体压力P气会由于水分蒸发而增大，这样一来，既会对型腔中排出气体产生不便，又会进一步加剧气体侵入型腔的速度。

1.2 避免出现气孔的常见措施

①降低砂芯的发气量。由于铁液会包裹住砂芯的大部分，因此，发动机缸盖铸件出现气孔概率会受到能否顺畅排出气体、砂芯产生气体多少的影响。为了能够对树脂加入量予以控制，并且还要确保砂芯强度，那么需要将冷芯中各个组分总量控制在一定的范围之内，最适宜的范围应该为1.6%～1.8%。

②要对砂芯的浸涂工艺予以严格控制，避免砂芯排气通道中渗入涂料。与此同时，烘干工艺要制定合理，避免出现二次烘干或者砂芯受潮的问题。砂芯中H2O物质和铁液中的Fe物质在浇注过程中会反应出现H2（气），这样一来，会让铁液氧化倾向得以加大，并且出现反应性气孔。

发动机缸盖气门座圈在线测量 第4篇

对于汽油发动机, 同轴度公差规定为0.015～0.04m m, 而柴油机则仅为0.01～0.015m m (在燃烧室中, 柴油可燃气体的压缩比要比汽油大2～2.5倍) 。在大批量生产中, 要稳定地保持这样的公差, 除需要优化加工工艺外, 定位基准的选择、专用刀具和精镗头的合理结构及其精度均具有重要的意义。

监控项目及难点

在缸盖加工过程中, 有许多尺寸只能进行定性的测量, 要定量测量并分析这些尺寸, 一般常规的测量方法无从入手。面对竞争激烈的发动机市场, 企业在不断寻求降低成本、提高产品质量、拓展产品性能的方法, 以便在竞争激烈的市场中胜出。对于工厂来说要保证制造出来的产品合格, 而且避免出现因刀具磨损、缺口或机床原因造成批量废品, 需要利用检具对现场制造出来的零件进行监控统计。对于制造出来的缸盖阀座和导管孔的在线测量一直是个难题。

缸盖气门座圈和导管孔需监控的项目有:气门阀座圆度和角度, 导管孔直径和圆度, 气门阀座相对于导管孔的同轴度以及阀座的密封性。这些测量项目用简单的功能性量规无法实现定量检测目的, 无法准确得到座圈和导管孔的制造尺寸, 也就无法进行统计分析, 进行实时监控。用三坐标或是圆度仪测量, 必须提前将工件送至实验室中等待, 往往测量一个工件需要几个小时, 这也是无法实现的。因为工厂生产的零件是成批量的, 有生产节拍要求, 生产线无法停下等待, 因此现在出现了许多在线可统计的电动或气动检具。由于阀座呈锥形, 且阀座的宽度一般为进气1.0～1.4m m, 排气1.4～1.8m m;导管孔直径较小, 一般不大于6m m, 所以带宽如此小的阀座和直径如此小的导管孔检具非常难做, 很少有公司能够在如此小的截面和直径上布置测头并保证测头的精度。对于检具制造厂家来说这是难点但也是重点, 因为这直接影响到测量的准确性, 影响监控产品质量要素。

检具介绍

下面介绍一下我公司现场使用的测量气门阀座和导管孔的气动检具原理和应用。

1. 阀座圆度和跳动检具

(1) 检测项目阀座圆度0.015mm, 阀座跳动f0.04mm。

(2) 检具气动测头配置导管部分配两个测量截面四个独立孔式气动喷嘴, 喷嘴180°分布, 阀座部分配一个球形接触式气动喷嘴。由于测量圆度和跳动参数时, 测头需要旋转一周以上, 所以阀座部分镶嵌六个硬质合金点, 增加测头的耐磨性。手柄部分配电动机, 驱动测头旋转。配置专用定位板, 测量时检具手柄定位在定位板上, 测量结果排除人员误差。配置最大/最小值综合校准件, 根据零件的圆度和跳动最大公差要求设计制造, 用于测头的日常标定以及测量结果的验证。检具如图1所示。

单个气动喷嘴的静态测量精度不大于0.3μm, 跳动参数 (四测点综合运算) 动态精度不大于1μm, 圆度参数 (单测点运算) 动态精度不大于0.5μm。

(3) 测量原理测头阀座部分加工一段圆弧面作为测量时的机械基准, 测量过程中球心位置保持不变;导管部分两截面各两个喷嘴 (T1、T2、T3、T4) , 测量导管孔的中心B E1= (T1-T2) /2和B E2= (T3-T4) /2;以阀座球心及导管孔下截面中心BE1为基准轴, 计算导管孔上截面B E2的偏移量α'=B E1-B E2 (X-Y) /X;然后将上述偏移量延伸至阀座量规直径BE3上的偏移量α=α'Y/V, 通过公式计算出导管孔相对气门阀座的同轴度。

阀座部分的球形喷嘴 (T5) 在测头旋转过程中, 扫描阀座并计算阀座的圆度;同时, 通过与导管孔相对气门阀座同轴度的测量数据合并计算气门阀座的跳动。检具测量示意图如图2所示。

2. 阀座角度和密封性检具

(1) 检测项目阀座角度9 0° (0～3 0′) , 密封性0～400cc/min (105Pa) 。

(2) 检具的测头配置带环形喷嘴的专用气动塞规, 测量阀座的密封性。带两个180°对称分布的球形喷嘴的专用气动塞规, 测量阀座的角度。一组角度和密封性校准件, 包含角度最小值标准件、角度最大值+泄漏最小值组合标准件和泄漏最大值标准件。

阀座角度检具如图3所示, 阀座密封性检具如图4所示。

(3) 测量原理阀座密封性测头与量规直径接触位置上布置一个环形气动喷嘴测量阀座的密封性, 在喷嘴气环的上、下端各加工一个宽度约为0.1m m的理想贴合面, 与阀座贴合, 气环处于阀座量规直径处, 测头最大程度模拟阀座与气门的装配状态;如果阀座与气环上、下贴合面之间完全密封, 则压缩空气无法从气环中流出;反之, 如果零件的阀座圆度和跳动、表面粗糙度等工艺参数不合格, 或存在断带等加工缺陷时, 都会造成气环中存在一定的气流量, 气流量的大小通过与最大、最小泄漏标准件的比对测量, 可以得出被测阀座的泄漏量, 从而直观地反映出阀座加工的质量。

阀座角度测头靠近阀座上边缘加工一条宽度约为0.1m m的环形定位面, 靠近阀座下边缘处180°对称布置的两个球形接触式气动喷嘴测量阀座的角度, 当阀座的角度变化时, 球形气动喷嘴的位移量也会随之发生变化, 将变化量与角度标准件比对测量, 可以得出被测阀座的角度值。阀座角度和密封性检具的喷嘴原理图如图5所示。

3. 阀座带宽和直线度检具

(1) 检测项目气门座圈带宽进气1.0～1.4m m, 排气1.4～1.8mm;直线度0.008μm。

(2) 检具的测头配置检具座圈部分配有高精度直线导轨。导轨上配有直线电动机, 驱动导轨沿阀座方向移动。检具配置触点为2μm的接触式气动喷嘴, 固定在直线导轨上, 气动喷嘴的精度为0.2μm。配置阀座宽度最大值标准件。检具实物图如图6所示。

(3) 测量原理将此检具放入带测量的座圈和导管孔内后, 检具本体以导管孔和阀座粗定位, 按下起动按钮后, 电动机开始驱动直线导轨沿阀座母线方向滑动, 滑动过程中, 接触式气动测点以200点/s的扫描频率扫描阀座, 测量方式类似轮廓度仪;直线导轨的总行程达10m m, 基本可以覆盖同一缸盖阀座的进、排气阀座直径 (进、排气阀座角度必须一致) 。当测点爬过下边缘时, 程序开始计算阀座的直线度及宽度;当爬过上边缘后, 程序中止计算, 同时给出阀座的直线度和宽度计算结果, 并且以图7所示的图形方式直观显示。

检具可以在宽度标准件中模拟测量, 用于日常确认检具测量结果的准确性。

检具应用

在实际生产中, 考虑到生产节拍的限制, 可以根据设备的实际能力, 适当地调整各个检具的测量频次;通常可以考虑加大阀座密封性检具的测量频次, 因为该检具是模拟装配的综合性能测试, 如果经过该检具测量的零件符合公差要求, 基本可以认为该零件满足加工要求;但是若发现零件的泄漏量虽然在合格的公差范围内, 但有持续增大的趋势, 这说明工件有异常, 这时可以使用其他检具, 如阀座圆度和跳动检具、阀座角度检具以及阀座带宽和直线度检具判断问题, 查看阀座和导管孔的加工工序是否存在异常, 如刀具磨损或有崩口都会导致阀座表面粗糙度值过大或有台阶、断带等加工缺陷, 通过分析找到工件异常原因, 然后持续改进加工工艺的参数, 提高零件的质量, 降低加工的成本。

结语

发动机气缸盖拆装工艺要点 第5篇

1. 气缸盖的拆卸

拆卸缸盖螺母的顺序和装配相反, 由外向里交叉地拧松缸盖螺母, 否则将会使缸盖变形, 而且严禁在热车时拆卸, 以减少缸盖的变形。拆下的缸盖应妥善地放平放稳, 以免使缸盖表面擦伤或变形。对于因长期使用而不易拆卸的缸盖应该用木锤在缸盖四周反复敲击后再拆, 如仍拆不下来, 可将缸盖螺母装上, 但不要拧紧, 然后摇转曲轴, 借助气缸内压缩空气的压力顶起缸盖, 使其分离, 切不可硬性撬打。

2. 气缸盖完好性检查

(1) 缸盖裂纹的检查。缸盖裂纹一般发生在与气缸体接合平面、气门导管孔、气门座圈孔、喷油器孔、冷却水套壁等处, 所以拆下缸盖后要仔细检查这些部位。也可用水压试验、气压试验、着色法和磁力探伤等方法进行检查。

用着色法检查裂纹。把缸盖浸入煤油或煤油的着色溶液 (质量分数为65%煤油、30%变压器油、5%松节油加少量红丹油) 中, 2 h后取出, 擦干表面油迹, 涂以薄层浆状白粉, 然后烘干, 如有裂纹会显示黑色线条。

修理有裂纹的气缸盖, 要根据裂纹的大小、产生的部位和气缸盖的材质而定。通过各种检验, 一旦发现气缸盖底面和其他部位有裂纹时, 不管是多么细小的裂纹, 都要用钳工锉、砂轮或油石等工具进行彻底清除, 否则这些小裂纹就会很快扩展, 以致裂穿。对于气缸盖上的细小裂纹, 经过处理可以彻底消除的, 可以继续使用。如果裂纹比较严重, 则只能更换新的气缸盖。

(2) 缸盖翘曲变形的检查。气缸盖长期处于高温、高压的作用下, 承受很高的热负荷和机械负荷且各部位受热不匀, 使缸盖存在较高的热应力。还有气体的作用力将中部向上拱, 使表面变形。所以缸盖拆下后, 要检查缸盖是否变形。

用平台着色检验。将气缸盖平面清洁干净, 在平台上涂一层红丹油, 要涂得薄且均匀, 然后将气缸盖放于平台上, 使气缸盖底平面与平台直接接触, 并回转研磨4~5圈后取下气缸盖, 检查平面着色情况。由此来判断翘曲变形程度, 此法虽不能知道变形量的大小, 但可以比较出贴合平面的不平情况。要求着色点分布均匀, 接触面积应在80%以上。平台着色检验在没有平台的情况下, 可在平板玻璃上进行。如果缸垫有变黑或烧蚀情况, 其对应部位的缸盖平面处存在不平或下陷, 应着重检验。

气缸盖的底平面翘曲变形超过允许值时, 可在平面磨床上进行磨平, 或进行人工修刮。人工修刮时, 先在平台上涂薄薄一层红丹油, 然后将清洁干净的气缸盖平面轻轻放在平台上, 来回推拉数次后, 取下气缸盖, 检查平面, 翘曲变形的凸出部分便显示出红丹油的痕迹。然后用刮刀刮去痕迹部分即可。注意每次修刮线痕的方向应当改变, 使之相互交叉进行为好。对于修刮后的质量要求一般是根据平面均匀分布的点数来检查, 要求每平方厘米面积上有2~3个着色点为合格。

3. 气缸盖的安装

发动机缸盖加工工艺的优化研究 第6篇

缸盖是汽车发动机的关键部件之一,其位于发动机上部,借助螺栓、缸垫与气缸体牢固合体。缸盖用于封闭气缸并构建发动机的燃烧室,同时作为发动机的配气机构及相关部件的装配基体。缸盖加工工艺十分复杂,且有很高的加工精度要求,其加工质量好坏直接影响着发动机效能的发挥。

2缸盖的结构特点

缸盖结构复杂,其主要特点有两点:

第一,汽车发动缸盖通常为六面体,是多孔薄壁件,孔壁最薄部分仅3.5 mm左右,孔壁加工数量可达100个。

第二,缸盖强度和刚度要求较高,只有达标才可保证气体在热应力及压力的共同作用下稳定运行。

3加工工艺详述及优化

3.1制造材料

在发动机生产领域,我们通常以灰铸铁、铝合金、蠕墨铸铁来做缸盖材料。当前,柴油机通常使用蠕墨铸铁或灰铸铁,而汽油机则较多使用铝合金,市场上有少量小型柴油机也采用铝合金材料。铝合金导热性好,有利于提高压缩比,进而提高发动机效能。在节能环保理念的推动下,人们对汽车发动机的节能减排要求不断提高,驱使着包括缸盖在内的汽车发动机材料不断优化。以前,柴油机四气门缸盖气门间裂纹的情况时有发生,后来随着蠕墨铸铁的应用推广,这一问题得到了良好的解决。

在缸盖加工领域,由于灰铸铁、铝合金、蠕墨铸铁三种材质的特性不同,其加工效率也不同。就加工效率而言,三种材质中以蠕墨铸铁效率最低,而铝合金效率最高[1]。

3.2加工生产线与工艺

在汽车发动机缸盖加工领域,柴油发动机常用的蠕墨铸铁或灰铸铁缸盖生产线布置通常有三种:

第一种为专用设备生产线。其拥有加工效率较高、刀具等运行成本较低的优势,通常用于定型缸盖的大批量生产;劣势在于一旦需要改变产品设计,则改造成本非常高。

第二,加工中心+专用设备生产线,通常用于持续有小幅调整更改的产品,其改造成本可以很好地控制。

第三,由加工中心组成的柔性生产线,通常用于生产未定型发动机产品或产量较低的产品,其劣势在于刀具等运行成本较高。

在当今的铝合金缸盖加工工艺中,生产线通常为加工中心构成的柔性生产制造系统,设备主轴多采用电主轴,主轴转速通常都定在7 000 r/min以上[2]。对于柔性加工线,顶底面加工可采用立式加工中心完成,而四侧面孔加工则可采用卧式加工中心完成。基于柔性加工线的成本分析,立式加工性价比较高,因此比较受用户欢迎。在缸盖加工中,加强立式加工中心的配置无疑可以获得更好的成本优势。

对于生产线的总体布置,通常集中工序单元采用“U”或“一”型布线,与此同时,在进行工艺方案设计时,必须充分考虑到物流、投资与产出综合成本、人体工学最优化等诸多因素。

3.3铝合金缸盖加工工艺的难点及优化

3.3.1平面加工

从缸盖的内部结构来看,大平面较多,进、排气面和顶面、底面均为大平面,这就要求平面度及表面粗糙度等精度必须保持较高水平,进而要求机床拥有实现高精度加工的能力,能达到较高的刀具调整精度和几何精度。以前,缸盖大平面主要是运用合金刀片加工,现在由于毛坯情况通常较好,因此常用金刚石刀片加工,这种工艺可以优化缸盖平面,提高加工表面的精度。

3.3.2高精度孔加工

缸盖有气门导管孔、凸轮轴孔、挺杆孔等高精度孔,彼此间配合严密,因此加工时要严格把控其表面的粗糙度、位置及尺寸精度等[3]。在进行加工时,缸盖气门导管和气门阀座是同时进给加工,要做到一次到位,以减少误差,保持气门导管与阀座的同轴度。具备密封配合要求的气门阀座和锥面,对圆度及跳动有严格要求[4];有些气门导管孔有运动件间配合要求,因此其尺寸精度要求特别高,且由于两者的材质不同,所以在加工过程中,应注重刀具材料选用等。

3.3.3气门导管底孔加工

气门导管底孔的尺寸精度要求非常高,因此加工时应注意考虑精度要求,避免误差出现,应注意精度控制,一旦控制不稳定,将影响气门导管与缸盖的配合度,进而对发动机的可靠性造成影响。

3.3.4凸轮轴孔加工

作为缸盖中的最长孔,凸轮轴孔如运用调头加工(或分段加工),虽可降低机床设备的要求,也基本可保障加工精度,但无法满足凸轮轴孔对同轴度的加工要求。所以,加工时应尽可能保证一次成型。

3.3.5缸盖加工毛刺的优化

众所周知,缸盖所用的铝合金材料是塑性材料,加工中难免出现毛刺。解决毛刺问题的关键在于:一是加工中首先要选取合适的参数,二是提高工件材料的硬度。在加工过程中,通常运用高压水或尼龙刷来去除和弱化毛刺,这些操作有一定危险性,需要确保人身安全。

4缸盖加工流程的优化要点

缸盖加工是一个系统工程,通过细致的实验研究,我们总结出了以下优化要点:

首先,在工艺总体设计时,应同时考虑工序加工后的检测程序设计,完成一道加工就进行相应的检测,这样一来可以有效控制工序质量。

其次,缸盖的内部结构十分复杂,内应力的不稳定分布可能导致形变,会影响加工精度。因此,我们在进行缸盖加工时,通常遵循“先面后孔”的原则,并通过将精细加工和粗加工分散进行的手段,释放应力。

其三,缸盖的结合面划伤可能导致缸盖品质受损,影响发动机的效能。因此,为了避免该问题发生,我们通常对结合面采用精加工,避免发生后续破坏。

其四,随着自动化生产的推进,有些加工生产线自动化程度不断提高,对于这些自动化生产线,必须附带夹具喷气和刀具折断等检测,避免损失的发生。

5结语

缸盖作为汽车发动机总成的关键部件,其工艺品质事关汽车发动机的整体效能发挥。缸盖结构复杂,加工工艺标准要求较高,因此,不断追求最佳的加工工艺是业界的一致目标。

本文对缸盖加工及其工艺进行了介绍,分析了缸盖制造材料和加工生产线,深入探讨了当下主流的铝合金缸盖加工工艺特点,并从平面加工、高精度孔加工、气门导管底孔加工、凸轮轴孔加工、缸盖加工毛刺的优化等方面对工艺难点进行了梳理分析,提出了优化方案,最后还总结了缸盖加工流程的优化要点。我们认为,应不断加强缸盖尤其是铝合金缸盖工艺品质的优化研究,以适应未来汽车行业的发展要求。

摘要：缸盖是汽车发动机总成的关键部件,汽车缸盖的加工工艺品质直接影响着发动机的整体效能发挥。缸盖加工工艺十分复杂,其对精度的要求非常之高。现对缸盖加工以及缸盖的结构特点进行了概述,然后探讨了铝合金缸盖加工工艺的特点,并对其中的难点提出了优化方案,总结了缸盖加工流程的优化要点,可为汽车发动机缸盖加工提供理论参考。

关键词：汽车,发动机,缸盖,加工,优化

参考文献

[1]李凡,张树礼.发动机缸体缸盖加工自动线现状及发展趋势[J].现代零部件,2014(5):35-37.

[2]刘文超,于光超.探讨发动机缸盖加工的优化工艺[J].中小企业管理与科技,2015(26):282-283.

[3]竭尽超,岑安吉.缸盖机加工尺寸对发动机挺柱选级的影响与控制[J].装备制造技术,2015(8):101-103.

发动机缸盖机加工艺的技术难点分析 第7篇

关键词：发动机缸盖,机加工艺,技术难点

作为发动机的一个主要零件, 缸盖具有非常重要的作用。缸盖主要位于发动机上部, 由螺栓将缸盖固定在汽缸体上。缸盖的作用包括对气缸的上部进行封闭, 和汽缸壁与活塞顶部一起构成燃烧室;缸盖是出水管, 进、排气管的重要装备基体, 也是定制气门发动机的主要配气机构;气缸体冷却水孔和气缸盖内部的冷却水套底面的水孔是相通的, 这样可以通过气缸中的循环水将发动机内的高温带走。缸盖对发动机的质量有着非常重要的影响, 而且加工工艺非常复杂, 具有较高的加工精度要求。

1发动机缸盖的结构特征

要提高发动机缸盖机加工艺的精度, 保障发动机缸盖的加工质量, 就必须对发动机缸盖的结构特征进行一定的了解。发动机缸盖具有以下几个结构特征:首先, 气缸盖对于刚度和强度有着较高的要求, 才能在气体的热应力和压力的作用下正常工作, 保障气缸盖不会受到气体热应力和压力的损坏。其次, 气缸盖一般为六面体状, 属于一种多孔薄壁件。气缸的6个外形面可以分为缸体结合面和其他面, 其中最重要的是缸体结合面, 缸体结合面指的是与缸体进行结合的面, 上面具有燃烧室。发动机中最重要的性能参数———压缩比指的是燃烧室的容积和气缸之间的比值。可燃混合气体在气缸中被压缩, 然后在燃烧室内被点火和燃烧。要求燃烧室具有一定的容积, 否则会造成可燃混合气体的燃爆。如果容积过大又会影响发动机的功率。缸体结合面的位置精度具有较高的要求, 对于密封有着较高的要求[1]。

2发动机缸盖的粗加工工艺

发动机缸盖加工工艺中的第一个流程就是粗加工工艺。粗加工工艺要注意以下几个方面:第一, 选择合适的缸盖材料。铝合金是使用比较广泛的发动机缸盖材料。这是由于铝合金具有良好的导热性, 能够有效地提高缸盖的散热能力。加之铝合金的质量较轻, 能够使发动机整机的重量得到减轻。但铝合金缸盖有一个显著的缺点, 那就是具有较差的刚度, 在使用时很容易出现变形的情况。当前一般使用耐热合金铸铁来制作缸盖中的气门座, 使用铸铁来制作缸盖中的气门导管。当前在缸盖材料的选择中越来越多地使用到了粉末治金材料, 粉末治金材料具有容易成型的优点, 但具有较差的耐磨性能。第二, 加工毛坯件。在选择合适的材料之后就要加工毛坯件。 缸盖毛坯件的加工技术要求在于毛坯件上面不能有粘砂、砂眼、气孔、疏松, 不能存在热浇不足、冷隔和裂纹的现象, 并保障毛坯件的粗传送点、夹紧点和定位基面具有良好的光滑性和一致性[2]。

3发动机缸盖的机加工工艺

3.1加工发动机缸盖的大面积平面发动机缸盖的大面积平面主要有排气面、进气面、底面和顶面, 发动机缸盖的大面积平面具有较高的加工精度要求。因此对于刀具的调整精度和机床的几何精度均有着较高的要求。在传统的缸盖大平面加工中使用的主要加工工具是硬质合金刀片和金刚石修光刃。随着技术的进步, 如果毛坯加工良好, 则可以使用金刚石刀片来完成整个大面积平面的加工工艺, 从而使其表面粗糙度得到提高[3]。

3.2加工发动机缸盖的高精度孔发动机缸盖中的高精度孔包括凸轮轴孔、挺杆孔、导管孔和气门阀座等孔隙, 这些孔隙对于表面粗糙度、位置精度和尺寸精度的要求均较高。因此可以说缸盖机加工艺中的核心工艺就是高精度孔的加工, 也成为了发动机缸盖机加工艺中的技术难点。

发动机气门与缸盖气门导管和缸盖气门阀座必须能够完整地配合, 这对同轴度有着较高的要求。气门锥面和气门阀座之间必须能够密封, 因此气门阀座具有较高的圆度要求。当前主要的加工工艺是先进行机床主轴快进, 然后进行工进, 接着启动主轴, 对气门阀座的锥面进行加工。进而将主轴停止并后退, 然后重新启动主轴, 气门导管进行枪铰加工。在完成枪铰加工之后工进退刀, 将主轴回推。 这种工艺能够进一步减少重复定位误差, 做到一次定位, 使得气门阀座和气门导管的同轴度得到提高。但是由于气门导管和气门阀座具有不同的材料因此必须选择不同的刀具, 这也进一步提高了加工的难度。

3.3加工气门导管底孔和缸盖挺杆孔这两方面的加工具有较高的精度要求, 在加工的过程中注意尽量减少不必要的误差, 提高气门导管底孔和缸盖挺杆孔的加工精度。

3.4加工缸盖凸轮轴孔缸盖中最长的孔就是凸轮轴孔, 如果使用分段加工工艺无法在保障加工精度的同时使凸轮轴孔的同轴度要求得到满足, 因此必须对其进行一次精加工成型。在机械加工的过程中, 必须消除刀杆自身的重力, 这也成为了一个加工难点。当前使用的主要方法是利用刀具本身的自导向或者使用带有镗模架的专机自动生产线, 来使刀杆的重力影响降到最小。

3.5加工缸盖中的毛刺由于铝合金缸盖是一种塑性材料, 因此很容易在加工的过程中出现毛刺, 必须对毛刺进行进一步的加工。 在毛刺加工的过程中要选择合理的刀具参数和加工参数, 并且可以通过提高工件材料硬度的方式来减少毛刺的数量, 一般去毛刺的主要方法包括电火花去毛刺、表面抛丸、表面喷丸、高压水去毛刺、尼龙毛刷去毛刺等。加工的过程中要注意提高加工工艺的安全性。

4发动机缸盖机加工艺中的关键点

如果缸盖具有较大的尺寸, 其加工精度很容易受到内应力的影响。因此在加工时应该尽量分散加工和粗加工, 按照先面后孔的原则来释放加工应力。要对缸盖的结合面进行精加工, 避免划伤结合面。对于缸盖内腔的杂物和铁屑应该进行振动清理, 并将其作为最后一道加工工序。为了避免加工过程中的损失, 尽量使用刀具折断检测和夹具喷漆检测。

5结语

本文简要介绍和分析了发动机缸盖机加工艺的技术难点, 发动机缸盖是一种比较复杂的零件, 其加工精度和质量会直接影响整个发动机的质量。在现场加工的过程中还要把握现场工况、生产情况和设备情况, 合理的安排加工工艺, 保障缸盖的加工质量。

参考文献

[1]陈永雄, 魏世丞, 梁秀兵, 等.铝合金发动机缸盖的再制造技术研究[J].材料工程, 2012 (06) .

[2]洪恒发.发动机缸盖铸造技术中若干问题的探讨[J].铸造, 2012 (01) .

活塞式发动机气缸盖失效分析 第8篇

WAUKESHA 7042GSI型发动机主要用于天然气压缩机组, 发动机气缸盖安装在气缸上部, 气缸盖上设置有水套, 主要功能是和气缸共同密封气缸的上平面, 并与活塞顶部共同形成燃烧室空间。发动机在大修更换气缸盖时, 发现有气缸盖在排气孔之间鼻梁处出现裂纹, 并且在停机后对缸内进行检查时发现气缸中有少量通过裂纹进入气缸的冷却液。由于气缸工作状态为高温, 如果气缸内有冷却液的存在就会对气缸造成损伤, 而且也会对气缸内的润滑造成破坏, 所以需要这种故障进行分析和改进, 进而减少这种故障发生的概率。因此, 我们针对机组发动机气缸盖鼻梁处出现裂纹的这种热故障, 对气缸盖进行有限元热应力分析计算, 找出裂纹出现原因, 并对此种故障形式提出维护保养方案

2 故障成因初步分析

发动机是燃料在气缸中进行燃烧, 释放化学能, 加热工质使其膨胀, 并通过曲柄连杆机构转化成机械功的原动机。燃料的燃烧使发动机燃烧室周围的零部件部受到加热使其工作湿度升高。气缸盖是发动机中结构最复杂、机械负荷和热负荷最高的零件之一, 气缸盖也直接受到高温高压燃气的作用, 其热负荷的高低随发动机型式、结构、性能指标等变化。承受高热负荷的气缸盖, 有可能产生蠕变、热疲劳等热故障妨碍发动机长期可靠的工作, 或者成为进一步提高发动机性能指标的障碍。

根据日本海事协会注册船舶的统计, 1973年大型低速发动机气缸盖的损坏率 (按台数) 为:UEC型14.2%, B&W型7.5%, 苏尔寿型18.6%, MAN型30.4%。我国东风4型发动机车1979年的厂修中, 气缸盖裂损占总损坏率的69%, 1982年的厂修中气缸盖平均更换率为4%, 1983年为8.81%, 1984年上半年为14.4%。1980年, 在2 000h试验 (持续功率为2646kW) 的后期, 16V240Z型柴泊机1-8缸气缸盖的破损率达50%。在研制N100型高速柴油机的过程中, 气缸盖经150h~650h运行后便发现进排气阀孔与涡流室通道孔之间的鼻梁区出现裂纹。近年来引进的大功率中速发动机发电机组中, 发生气缸盖裂损的例子也不少。如某电站的五台引进机组中, 经两年左右运行后气缸盖裂损失效率达30%。可见气缸盖热裂损坏是发动机常见的故障之一。

根据以上文献中统计数据分析, 可以看出发动机气缸盖排气孔之间鼻梁处裂纹故障属于常见故障, 并且是由于高温引起的热故障, 因此需要对气缸盖进行热分析计算。

3 计算说明

由于气缸盖结构复杂, 因此对气缸盖模型进行简化, 简化模型如图1。

通过查阅发动机说明书和文献, 经过计算, 得出需要输入的计算参数如下:

气缸盖水冷却侧:冷却液温度78, 表面传热系数1 150W/m2k~2 300W/m2k, 压力0.03MPa。

气缸盖火力面侧:燃气温度550℃, 燃气平均压力1.2MPa, 表面传热系数469 W/m2k。

气缸盖材料属性:弹性模量140GPa~154GPa, 泊松比0.3, 膨胀系数11.5-12.7E10-6℃-1, 热导率39.2W/m2k。

计算正常工作状态时取气缸盖冷却侧对流换热系数为1 275W/m2k, 通过ANSYS软件计算得出缸盖在正常工况下温度场, 如图2。

由图2可以看高温区出现在排气孔口鼻梁处, 最高温度为260℃~280℃, 而且比周围低温区高近100℃。此计算结果温度分布与文献中同类发动机实测结果大致相同, 再进行正常工作状态下热应力场计算, 得出结果, 如图3。

由图3可以看出, 气缸盖排气孔口鼻梁处为压应力极值处, 为102104MPa~120104MPa。

在发动机运行一段时间后, 由于积碳或水垢, 或者异常负荷导致高温的情况等异常状况可能发生, 因此需要再计算异常工况下的气缸盖温度分布情况。

温度分布和应力分布, 取冷却侧对流换热系数为750W/m2k, 燃气平均温度为600℃, 计算得出气缸盖温度分布和应力分布如图4、图5。

由图4可以看出, 在异常工作状况下, 鼻梁处的温度为347℃~372℃, 比正常工作状况下升高近100℃, 压应力为147104MPa~173104MPa。

气缸盖的材料是铸铁, 其抗压强度为1 600MPa~2 000MPa, 根据计算可以得知, 气缸盖在正常或异常工作下压应力都基本符合要求, 但是金属在长时间的高温、高压作用下, 即使应力低于屈服强度, 也会缓慢地产生塑性变形, 称为蠕变。一般说来碳钢、铸铁的工作温度高于300℃, 就要考虑蠕变的影响。因此, 可以看出气缸盖鼻梁处出现裂纹故障是由于发动机气缸内的异常高温和冷却侧的换热不良导致气缸盖鼻梁处产生了蠕变, 造成压塑性变形, 然后在发动机停机后冷却到室温时, 压塑性变形无法还原导致产生残余拉应力, 从而形成断裂。因此, 减小此种故障产生的概率主要是控制气缸内温度和冷却侧的换热效果。

4 改进措施

由以上分析可以看出, 发动机气缸盖排气孔口鼻梁处出现裂纹的主要原因是此处局部温度过高, 因此需要控制此处的温度以减小这种故障发生的概率, 主要的控制方法也就需要围绕着与温度相关的参数。

影响气缸内温度的参数很多, 有平均有效压力、转速、冷却水侧温度及换热效果、点火提前角、进气温度及压力、过量空气系数等因素、压缩比及爆震。其中冷却水侧温度和换热系数、过量空气系数及爆震的影响比较显著, 因此控制此三个参数对减小此种故障概率可以起到很显著的效果。

5 结论

利用ANSYS商用软件对发动机气缸盖建立了有限元模型, 进行了温度场和应力场计算, 计算结果显示发动机气缸盖排气孔口鼻梁处断裂的主要原因是鼻梁处在高温下受到热压应力的作用发生了压塑性变形, 机组停机后冷却到常温时鼻梁处产生了拉应力导致断裂。主要的技术改造方案是加大鼻梁处宽度尺寸, 增加此处的换热面积及冷却水的流通量, 以此来降低鼻梁处的温度梯度, 减小热应力。但是这种改造方案会影响到发动机的整体性能, 所以需要与原厂工程师进行深入的探讨和反复计算才能确定。此外, 还可以在发动机的运行维护中控制冷却水侧温度和换热系数、调整过量空气系数及减少爆震发生频率这三个方面来减小鼻梁处断裂发生的概率, 提高气缸盖工作的可靠性。

参考文献

[1]中国石油管道公司乌鲁木齐输油气分公司编译.WAUKESHA发动机手册[M].乌鲁木齐:新疆大学出版社.

[2]西安交通大学压缩机教研室编.活塞式压缩机设计[M].西安交通大学.

[3]林梅, 孙嗣莹.活塞式压缩机原理[M].西安交通大学.

[4]蔡怀崇, 闵行.材料力学[M].西安交通大学出版社.

[5]黄洪钟.模糊设计[M].机械工业出版社.

发动机铝缸盖清洗工艺的研究与改进 第9篇

在汽车发动机生产过程中, 清洁度是评定汽车发动机质量的重要指标之一, 它不仅影响发动机的耐久性与可靠性, 最终影响汽车的使用寿命。气缸盖是发动机上的主要零部件之一, 内部装有凸轮轴、液压挺杆等运动件, 其清洁度的好坏直接影响到发动机的质量。因此, 制造过程中, 缸盖清洁度的保证措施尤为重要。

发动机铝缸盖清洁度要求

为保证发动机的良好运行和耐久性, 产品规定每个零部件均有严格的清洁度要求, 对杂质的重量、杂质颗粒的大小、颗粒数、油污及含水量规定了相应的标准。不同的发动机, 其零件的清洁度要求各有差异, 以我公司生产的发动机缸盖为例, 其清洁度要求是执行P S A的标准, 标准号为B320400。要求十分严格。

影响清洗效果的主要因素

1.缸盖形状复杂

发动机按气缸的排列方式来分, 一般可分为直列式、V形式、对置式三种类型的结构。目前生产的T U系列和E W系列发动机属于直列四缸顶置单、双凸轮轴两种类型的结构, 缸盖内有四个燃烧室 (见图1) , 其周围分布冷却水套, 是一个形状复杂的箱体类零件。

为了分析方便, 将缸盖按清洗部位的不同大致分成以下几部分:

(1) 外表面是指燃烧室面、进气面、排气面, 离合面、正时面、凸轮轴罩盖结合面, 如图1所示, 由于表面外露, 便于清洗。

(2) 润滑油道主要包括上油道、横油道、进/排主油道、凸轮轴及挺杆孔润滑油道。润滑油由此直接进入发动机的运动件部位, 清洁度要求严格, 润滑油道都是加工成形, 便于清洗。

(3) 低压油道区主要是指缸盖上凸轮轴区域, 润滑油回油腔区域。该部位铸造成型, 形状复杂, 区域面积大, 清洗难度较大。

(4) 水套分布在燃烧室周围, 铸造成形, 形状复杂, 属于内部腔道, 从剖视图可以看出 (见图2) , 水套弯道及死角多, 易沉积和卡住切屑, 清洗难度大。

(5) 孔系主要是指外表面的安装用螺纹孔、定位孔等通、盲孔。外部暴露, 形状单一, 便于清洗。

2.铝缸盖杂物状况及其特征

根据铝缸盖生产过程, 其杂质类型主要包括:型砂、切屑、飞边和毛刺、加工过程中的油、水等异物以及外来异物等几部分 (油、水异物便于清洗, 传统清洗工艺便可达到理想效果) 。

(1) 残留型砂缸盖内部型腔是采用砂芯造型铸造而成, 如果型砂清理不干净, 型砂粘接剂干固后, 结成块状的型砂堵塞在水套内, 将给缸盖加工后的清洗带来很大难度。因此, 毛坯进入切削加工之前, 首先应该将型砂清理干净。

(2) 切削加工过程中产生的切屑由切削原理可知:金属切削过程中, 切削刃最前端存在一个滑移变形区, 从金属晶体结构角度来看, 就是晶粒中的原子沿着滑移平面所进行的滑移。也就是说, 被切削金属层在刀具切削刃和前刀面的作用下, 受挤压而产生剪切滑移变形, 被切削的金属层通过剪切滑移后变为切屑。该切屑与刀具前刀面接触的一面是平整光滑的, 外侧则呈锯齿形或不明显毛茸状。

由于铝质材料韧性强, 断屑困难, 切削过后的边缘易产生飞边毛刺, 且因刀具形状的不同而产生各种形状的铝屑。以T U5J P4缸盖为例, 从切削加工过程分析和现场收集起来的切屑来看, 主要有以下几种类型的铝屑:麻花形状卷屑、片状碗形铝屑、长条状铝屑、环形状铝屑及各种小型铝屑等 (见图3) 。

麻花状铝屑主要是在孔的加工过程中产生, 铸铝材料韧性好, 断屑难, 加工过程中产生较长的麻花形卷屑, 沿刀具螺旋槽排到孔外。长的铝屑 (大于30m m) 不易进入缸盖腔道, 但有少量折断的、短的卷屑随着冲洗液进入腔道, 且容易卡在型腔弯道处。该铝屑可通过优化刀具 (如刃口部分开“月牙槽”、“窄横刃”或数控机床断续进给等方法) 进行断屑。

“C”形铝屑指在锪弹簧座面和缸盖螺栓孔端面时形成, 切削面较宽 (3~5m m) , 切屑呈“C”形状, 主要存在液压挺杆孔周边的低压油腔和水套, 且铝屑一面光, 一面齿, 在零件水套和低压油腔区的铸造型面内极易卡住, 很难清理。较大的铝屑可采用可转位刀片新型断屑槽、带断屑槽的多刃刀具等方式进行断屑处理。

长条状铝屑指在镗液压挺杆孔过程中产生的铝屑, 其形状特征是条状的, 粗镗由于加工余量大, 产生的铝屑细长、较硬, 不易进入型腔;精加工余量小, 细长条缠绕在一起形成团絮状, 也不易进入型腔内, 只有部分折断的小铝屑容易进入腔道。

环形状铝屑指粗镗液压挺杆孔底端时, 由于挺杆孔底端悬空, 刀具快接近底端时剩下部分呈环形脱落, 环形铝屑一面是加工面, 另一面是毛坯面, 该铝屑由于呈环形, 易套在导管弹簧座面, 很难清洗。

这种铝屑通过刀具很难达到断屑效果, 通常的做法是在零件挺杆孔底端悬空部位设计成“缺口”型, 使刀具加工到该位置时, 切屑因毛坯“缺口”达到自动断屑效果。

各种小型铝屑, 包括铣削产生的小型“C”形屑、其他的折断铝屑等, 由于它形体小, 加工过程中容易随切削液进入零件内腔。

缸盖零件清洗效果的好坏, 与切屑的形状有直接的关系, 加工过程中, 如果不能较好地处理这些问题, 仅依靠清洗设备将很难达到效果。因此, 缸盖工艺的整体设计过程应尽量考虑断屑效果。

(3) 飞边和毛刺铸铝材料韧性好, 切削过程中会产生大量的毛刺和飞边。另外, 由于缸盖形状复杂, 部分位置 (如液压挺杆孔内的小润滑油孔毛刺、弹簧座面毛刺等) 很难通过设备上的毛刷方式去除。从大量的质量检查反馈的信息分析来看, 飞边和毛刺仍是缸盖清洁度的一大隐患。所以, 在缸盖进入清洗之前, 首先应该去除零件表面的飞边和毛刺, 近年来, 国外部分企业在清洗设备内采用高压 (水压达48M P a) 去毛刺的方式来解决该难题并取得了较好的效果, 但该方式设备制造成本高, 维护难度大。

上述杂物状况的改善可以有效降低零件清洗难度。但是, 从清洗后的零件来看, 经过断屑后的铝屑仍有大量滞留在缸盖复杂型腔中。

发动机铝缸盖传统清洗工艺及其优缺点

在发动机制造行业, 缸盖传统清洗工艺一般采用多工位清洗 (我公司一期工程缸盖线的H A F R O Y清洗机就属于该类型清洗方式, 如图4所示) , 主要由喷淋清洗、定点清洗、定点吹气及气幕热风干燥四个工位组成。实践证明这种传统清洗工艺对油污及外表面的清洗效果较好, 但对形状复杂、狭小腔道里的切屑很难清理干净, 还需采取其他人工补救措施来解决。下面对传统清洗工艺的优缺点进行分析。

(1) 喷淋清洗在被清洗零件周围平行布置一排或多排喷头, 使用清洗液对整个缸盖外露表面进行喷淋式冲洗 (或通过缸盖在喷射区旋转进行冲洗) , 冲洗压力一般在0.5M P a左右 (清洗液是碱性, p H值8.8~10, 清洗温度 (50±10℃) , 常采用圆孔形或扁嘴形喷嘴。优点是被冲洗到的位置, 对杂质及油污有很好的清洗效果 (如缸盖外表面、低压油腔等) ;缺点是对盲孔、深孔以及内部型腔的杂物及油污清洗不到, 几乎没有效果。

(2) 定点清洗针对喷淋清洗工位清洗不到的螺纹孔、通/盲孔、毛坯清砂口、出水口、主/横/上油道以及回油腔等特定的位置采用固定喷嘴定点喷射清洗方式, 压力一般在0.65M P a左右。优点是对采用喷淋式清洗不到的深孔 (如螺纹孔、盲孔、主/横/上油道等) 清洗效果较好。缺点是对形状复杂、容积较大的型腔清洗效果不好, 主要原因是单方向冲洗, 铝屑形状弯曲复杂, 且一面光一面有齿, 单方向冲洗时很容易将铝屑卡在弯道处, 同时也容易造成部分型砂等细小异物沉积在弯道处。

(3) 定点吹气定点清洗过的部位采用压缩空气固定喷嘴吹去积水和表面的附着杂质 (空气压力一般在0.4~0.6MPa) 。优点是对孔系的处理效果很好, 不仅能将清洗后的积水吹去, 同时也有助于孔内异物的清理。缺点一是对复杂形状的型腔清洁效果不好, 其主要原因也是单方向作用, 易造成铝屑卡死在弯道处;二是只对局部位置进行定点吹风, 容易造成其他部位的二次污染。

(4) 气幕热风干燥主要是使用热风对整个零件吹去表面积水和杂物, 蒸发掉剩余的水分, 优点是可以较好地清洁零件外露表面水分和异物, 同时有利于改善定点吹风造成的二次污染。缺点是零件表面温度升高, 对后面的密封检测工序造成影响, 易造成零件泄漏误判。

从上述分析可以看出, 传统的清洗工艺并不完善, 不可能解决铝屑被单向卡死在复杂型腔内的问题。

同行业清洗工艺现状及发展简况

近几年, 随着我国汽车业的迅猛发展, 世界各著名企业纷纷以合资或独资形式进入我国, 形成了汽车制造、销售竞争的主战场, 与此同时, 汽车制造技术也同步进入, 现阶段国内汽车业的制造水平具有一定的国际代表性。

对国内多家著名合资企业的清洗设备进行调研 (如与日本、韩国、美国、德国以及法国的合资企业) 后发现, 他们虽然在传统工艺的基础上有所改进, 但清洗工艺都存在“单向性”卡死铝屑的问题。虽然产品形状和标准存在差异, 受其影响的程度不同, 大部分企业不得不在清洗后采取补救措施, 浪费大量人力、物力。比如有的在清洗后增加人工工位, 用压缩空气反复吹;也有的增加振动工位, 将卡住的铝屑振松之后再人工用压缩空气吹, 尽管如此, 还是存在质量可靠性风险。

目前, 汽车发动机制造企业对缸盖的清洗难题越来越受到关注。德国部分企业在传统清洗工艺的基础上, 用“紊流清洗”取代了传统清洗工艺中的“喷淋清洗”。紊流清洗也叫“湍流清洗”, 企业内形象地称之为“浪涌清洗”, 它是将零件浸泡在清洗液中, 清洗箱中安装有两排喷管, 通过零件顺时钟旋转和液体的异向流动, 使清洗液和缸盖之间的界面运动产生强烈的无规则流动 (紊流) , 即湍流效应, 对零件进行全方位 (包括内腔) 冲洗。其优点是对零件外表面杂质及油污有很好的清洗效果, 尤其是对开放式回油腔比喷淋清洗有利, 对内腔的去油污效果也较好 (喷淋式清洗只能清洗到外表面, 对内腔几乎没有效果) 。缺点则由于“紊流”没有方向性, 型腔内脱离附着体后的铝屑有部分随着清洗液的排出, 部分铝屑仍滞留在其中 (如螺纹孔、油道孔及水道) , 无法彻底洗干净。

部分日本企业也有采用“真空干燥”取代了传统的“热风干燥”。真空干燥是指对未清理干净的少量积水进行真空 (真空度:-0.1MPa) 低压汽化抽出。其优点是干燥效果比较好, 尤其对螺纹孔的处理比气幕热风干燥更有效果, 不会对零件造成二次污染。同时低压气化能带走热量, 从而降低清洗后的零件温度, 有助后面的密封检测工序。

法国部分企业对发动机缸盖的清洗方式也进行了改进, 在传统清洗工艺的基础上增加了高压清洗, 压力达48MPa, 其主要目的是:一方面用高压水对零件毛刺及飞边进行清理。另一方面, 在高压水流的作用下有利于清理卡死在型腔弯道处的铝屑。但也存在“单向性”问题, 清洁复杂形状的水道还有困难。

发动机铝缸盖清洗工艺的改进

1.优化传统清洗工艺

从上述的分析可以看到, 国外同行企业的“紊流清洗”和“真空干燥”工艺, 明显优于传统工艺中的“喷淋清洗”和“气幕热风干燥”。因此, 我们在新的缸盖线设计过程中, 通过引进了自主消化、德国的“紊流清洗”和日本的“真空干燥”技术, 优化了传统工艺 (见图5) 。优化后的工艺虽然取得了明显效果, 但综合各个清洗工位来看, 不难发现, “单向性”清洗问题依然存在。从清洗后的缸盖可以看到, 水套内仍有铝屑卡在其中无法满足产品要求。因此, 清洗工艺针对“单向性”问题有待进一步改进。

2.自行研制并实施“气流双向脉冲吹吸工艺”

针对改进型缸盖清洗工艺中存在“单向性”的问题, 我们设计了“气流双向脉冲吹吸”工位。该工艺方法是一种全新的缸盖清洗技术, 已在公司缸盖生产线成功应用。首先将缸盖水套密封起来, 再在缸盖两端布设吹、吸器, 形成半封闭压缩空气流系统, 两端吹、吸器通过脉冲频繁切换, 压缩空气在腔内产生双向振荡气流, 气流反复振松直至吹起卡在弯道处的铝屑, 同时通过吹吸器的排气口排出腔外, 流入铝屑回收装置。

(1) 基本工作原理和主要结构首先介绍气射流、气射流的卷吸作用和附壁效应。在压力作用下从喷嘴喷射出来的气流称为气射流。当压缩空气从喷射嘴中射出后即形成气射流, 由气射流的基本理论知道:气射流里面的空气质点会与周围静止的空气质点碰撞, 由于气射流中的质点运动速度极高, 就会夹带 (卷吸) 着周围静止的空气一起向前运动, 同时稍近处的空气又不断地向其中补充, 这就是气射流的附加卷吸流动。附加卷吸流动强度与射流束距物体表面距离有关, 距离越小, 附加卷吸流动越强。当距离小到一定程度时, 附加卷吸流动形成真空, 迫使气射流沿着物体表面流动, 形成了气射流的附壁效应。卷吸作用和附壁效应迫使物体表面的异物随气射流向前运动, 从而达到清洁物体的目的。但是, 对于被单向卡在复杂型腔内的铝屑, 单方向气射流也无能为力。为此, 我们利用气射流的卷吸现象、附壁效应设计成“双向脉冲吹吸”系统装置来解决该问题。

“气流双向脉冲吹吸法”的基本工作原理图如图6所示, 它主要由气源部分、吹/吸部分、杂质回收部分、控制部分以及工作区构成。气源使用厂房的压缩空气 (气压0.4MPa) , 包括气体三联件。吹/吸部分主要由吹吸器和管道组成, 其中吹吸器3、4、5是系统的核心元件, 具有吹气和吸气的双重功能。它有一端是压缩空气进气口, 一端是排气口, 进气口是吹、吸共用的吹吸口。排气口与消声回收装置用软管连接。工作时, 吹吸口的吹和吸由与其连接的截止阀切换, 吹气时截止阀合上, 压缩空气清扫工件表面;吸气时截止阀打开, 压缩空气在吹吸口形成负压, 吸起脱离工件表面的切屑。消声回收装置主要用来回收切屑和消除气流产生的噪声, 其中设有单向阀防止切屑回流。控制部分由电磁换向阀实现;工作区由工件 (缸盖) 和夹具 (包括密封部分) 组成。

工作过程:左吹吸器 (3) 上截止阀合上, 右吹吸器 (4、5) 上截止阀打开, 同时左吹吸器吹气, 右吹吸器吸气, 左吹吸器喷嘴吹起切屑, 右吹吸器吸走切屑, 切屑再通过胶管送到消声回收装置中;反过来, 右吹吸器上的截止阀合上, 左吹吸器上截止阀打开, 同时右吹吸器吹气, 左吹吸器吸气, 右吹吸器喷嘴吹起切屑, 左吹吸器吸走切屑并通过胶管送到消声回收装置中。频繁脉冲交替切换, 使吹入的空气形成振荡气流, 如此循环、反复振荡, 便可振松卡住的切屑直至吹起切屑, 从而有效地清除气缸盖腔体内的残留铝屑。

(2) “吹吸器”基本结构及设计事项如图7所示, 它是由进气口, 排气口, 吹吸口和管路上的截止阀组成。根据零件的不同, 可以将吹吸器并接成多口式结构 (见图8) 。

设计吹吸器时应注意事项如下: (1) 通道必须有足够的直径让铝屑通过, 以免堵塞。并选择直径相对应的截止阀。 (2) 吹、吸气交替切换应有合适的时间 (脉冲时间) , 该时间根据零件型腔的长度、型腔的复杂程度确定 (通过调试设定) 。 (3) 前道工序尽量保证零件无水无油, 可使零件清洁度更好, 该工位一般放置在清洗工位之后。 (4) 合理设置吹、吸时间节点, 启动时先吸后吹, 停止时先停吹, 后停吸, 这样避免产生“气阻”现象。

利用“气流双向脉冲吹吸工艺”, 可以有效解决传统工艺中因单向喷水、单向吹气造成铝屑单向卡死的问题。图9是该工艺在公司缸盖1线的使用情况, 大量铝屑被吹吸到收集箱中, 有效解决了铝屑单向卡死问题。

3.新型“发动机铝缸盖多工位清洗工艺”

在缸盖传统清洗工艺的基础上, 经过自行消化、应用国外先进的“紊流清洗”和“真空干燥”技术, 再综合自行设计的“气流双向脉冲吹吸工艺”, 研制了整套新型“发动机铝缸盖多工位清洗工艺” (见图10) 。

这是传统缸盖清洗工艺的一个突破性的改进, 它采用气射流进行正、反吹吸交替切换的方式, 将卡住的铝屑振松、吸出, 有效解决了传统清洗工艺中的“单向性”缺陷。经现场使用证明, 原大量铝屑被卡住、沉积在缸盖狭窄型腔弯道处的难题有了根本性改善。

4.改进后的技术效果

缸盖线新型多工位清洗工艺应用, 零件清洁度状况得到了根本性的改善 (改进前需要人工进行清理) , 图11、图12是改进前后零件抽查情况结果, 从中可反映出新型清洗工艺的技术效果。

结语

(1) 发动机铝缸盖清洗工艺是同行业长期以来的一个难题。从上述分析、实践证明, 改善缸盖清洁度问题不仅要有一个先进的清洗工艺, 还要加强对缸盖整个加工过程的控制。如:缸盖毛坯清洁状况、加工刀具切削过程中的断屑、去毛刺、飞边等不良情况等都会直接影响到清洗工艺的实施效果。