鋁件！薄壁！多面多孔！一網打盡！

聊起夾具，汽配件夾具相信是一個永不褪溫的話題，各類異形工件、夾持難題的解決，都是夾具企業的一把把辛酸淚。而如今，隨著製造業整體生產周期的加速，對於夾具企業來說，夾具結構的改進是一回事，對於夾持零件的工藝改造，也是非常重要的一環。今天，就讓我們來看看汽配零件的「人氣選手」缸蓋的工藝優化研究！

一、缸蓋概述

缸蓋是汽車發動機的關鍵部件之一，其位於發動機上部，藉助螺栓、缸墊與氣缸體牢固合體。缸蓋用於封閉氣缸並構建發動機的燃燒室，同時作為發動機的配氣機構及相關部件的裝配基體，缸蓋加工工藝十分複雜，其主要特點有兩點：第一，汽車發動缸蓋通常為六面體，是多孔薄壁件，孔壁最薄部分僅3.5mm左右，孔壁加工數量可達100個。第二，缸蓋強度和剛度要求較高，只有達標才可保證氣體在熱應力及壓力的共同作用下穩定運行。以上工藝均具有很高的加工精度要求，其加工質量好壞直接影響著發動機效能的發揮。

二、加工工藝詳述及優化

2.1:製造材料

在發動機生產領域，我們通常以灰鑄鐵、鋁合金、蠕墨鑄鐵來做缸蓋材料。當前，柴油機通常使用蠕墨鑄鐵或灰鑄鐵，而汽油機則較多使用鋁合金，市場上有少量小型柴油機也採用鋁合金材料。鋁合金導熱性好，有利於提高壓縮比，進而提高發動機效能。在節能環保理念的推動下，人們對汽車發動機的節能減排要求不斷提高，驅使著包括缸蓋在內的汽車發動機材料不斷優化。以前，柴油機四氣門缸蓋氣門間裂紋的情況時有發生，後來隨著蠕墨鑄鐵的應用推廣，這一問題得到了良好的解決。

在缸蓋加工領域，由於灰鑄鐵、鋁合金、蠕墨鑄鐵三種材質的特性不同，其加工效率也不同。就加工效率而言，三種材質中以蠕墨鑄鐵效率最低，而鋁合金效率最高。

2.2:加工生產線與工藝

在汽車發動機缸蓋加工領域，柴油發動機常用的蠕墨鑄鐵或灰鑄鐵缸蓋生產線布置通常有三種：

①為專用設備生產線。其擁有加工效率較高、刀具等運行成本較低的優勢，通常用於定型缸蓋的大批量生產；劣勢在於一旦需要改變產品設計，則改造成本非常高。

②加工中心+專用設備生產線，通常用於持續有小幅調整更改的產品，其改造成本可以很好地控制。

③由加工中心組成的柔性生產線，通常用於生產未定型發動機產品或產量較低的產品，其劣勢在於刀具等運行成本較高。在當今的鋁合金缸蓋加工工藝中，生產線通常為加工中心構成的柔性生產製造系統，設備主軸多採用電主軸，主軸轉速通常都定在7000 r／mm以上。對於柔性加工線，頂底面加工可採用立式加工中心完成，而四側面孔加工則可採用卧式加工中心完成。基於柔性加工線的成本分析，立式加工性價比較高，因此比較受用戶歡迎。在缸蓋加工中，加強立式加工中心的配置無疑可以獲得更好的成本優勢。

對於生產線的總體布置，通常集中工序單元採用「U」型布線，與此同時，在進行工藝方案設計時，必須充分考慮到物流、投資與產出綜合成本、人體工學最優化等諸多因素。

三、鋁合金缸蓋加工工藝的難點及優化

3.1:平面加工

從缸蓋的內部結構來看，大平面較多，進、排氣面和項面、底面均為大平面，這就要求平面度及表面粗糙度等精度必須保持較高水平，進而要求機床擁有實現高精度加工的能力，能達到較高的刀具調整精度和幾何精度。以前，缸蓋大平面主要是運用合金刀片加工，現在由於毛坯情況通常較好，因此常用金剛石刀片加工，這種工藝可以優化缸蓋平面，提高加工表面的精度。

3.2:高精度孔加工

缸蓋有氣門導管孔、凸輪軸孔、挺桿孔等高精度孔，彼此間配合嚴密，因此加工時要嚴格把控其表面的粗糙度、位置及尺寸精度等。在進行加工時，缸蓋氣門導管和氣門閥座是同時進給加工，要做到一次到位，以減少誤差，保持氣門導管與閥座的同軸度。具備密封配合要求的氣門閥座和錐面，對圓度及跳動有嚴格要求；有些氣門導管孔有運動件間配合要求，因此其尺寸精度要求特別高，且由於兩者的材質不同，所以在加工過程中，應注重刀具材料選用等。

3.3:氣門導管底孔加工

氣門導管底孔的尺寸精度要求非常高，因此加工時應注意考慮精度要求，避免誤差出現，應注意精度控制，一旦控制不穩定，將影響氣門導管與缸蓋的配合度，進而對發動機的可靠性造成影響。

3.4:凸輪軸孔加工

作為缸蓋中的最長孔，凸輪軸孔如運用調頭加工(或分段加工)，雖可降低機床設備的要求，也基本可保障加工精度，但無法滿足凸輪軸孔對同軸度的加工要求。所以，加工時應儘可能保證一次成型。

3.5:缸蓋加工毛刺的優化

眾所周知，缸蓋所用的鋁合金材料是塑性材料，加工中難免出現毛刺。解決毛刺問題的關鍵在於：一是加工中首先要選取合適的參數，二是提高工件材料的硬度。在加工過程中，通常運用高壓水或尼龍刷來去除和弱化毛刺，這些操作有一定危險性，需要確保人身安全。

四、缸蓋加工流程的優化要點

缸蓋加工是一個系統工程，通過細緻的實驗研究，我們總結出了以下優化要點：

首先，在工藝總體設計時，應同時考慮工序加工後的檢測程序設計，完成一道加工就進行相應的檢測，這樣一來可以有效控制工序質量。其次，缸蓋的內部結構十分複雜，內應力的不穩定分布可能導致形變，會影響加工精度。因此，我們在進行缸蓋加工時，通常遵循「先面後孔」的原則，並通過將精細加工和粗加工分散進行的手段，釋放應力。其三，缸蓋的結合面劃傷可能導致缸蓋品質受損，影響發動機的效能。因此，為了避免該問題發生，我們通常對結合面採用精加工，避免發生後續破壞。其四，隨著自動化生產的推進，有些加工生產線自動化程度不斷提高，對於這些自動化生產線，必須附帶夾具噴氣和刀具折斷等檢測，避免損失的發生。

結 語

缸蓋作為汽車發動機總成的關鍵部件，其工藝品質事關汽車發動機的整體效能發揮。缸蓋結構複雜，加工工藝標準要求較高，因此，不斷追求最佳的加工工藝是業界的一致目標。本文對缸蓋加工及其工藝進行了介紹，分析了缸蓋製造材料和加工生產線，深入探討了當下主流的鋁合金缸蓋加工工藝特點，並從平面加工、高精度孔加工、氣門導管底孔加工、凸輪軸孔加工、缸蓋加工毛刺的優化等方面對工藝難點進行了梳理分析，提出了優化方案，最後還總結了缸蓋加工流程的優化要點。我們認為，應不斷加強缸蓋尤其是鋁合金缸蓋工藝品質的優化研究，以適應未來汽車行業的發展要求。