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摘 要：发动机缸体的内部结构十分复杂，形状与一般的部件相比也较特殊，加工工艺难度很大，需要很多关键性的技术加以辅助。由于其复杂性，发动机缸体被认为是发动机中最为重要的组成部分。
关键词：发动机缸体；试制加工；关键技术；
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-02
前言
发动机缸体的试制是产品在研发阶段的工作，在此阶段，研制单位是不会采用生产线来进行发动机缸体的试制加工的。一般来说，研发阶段缸体试制的数量不会太多，受技术限制，研发单位多会采用外协这种经济的方式来完成新型发动机缸体的试制加工。
一、产品介绍
如图1所示，是某汽车发动机的缸体，材料为铸铁。在缸体试制加工时，要先对气缸体进行粗加工，然后通过加工销孔精准定位再对曲轴孔和气缸孔进行精加工。缸体是发动机中最大的零件，是发动机其他零件或总成安装固定的基体，其各加工面平面度、平行度及垂直度要求严格，所有加工面平面度要求在0.05mm以内。气缸孔、主轴孔的圆度、圆柱度以及各定位销孔的位置精度等要求高，并且在装配时都有特殊的要求。
二、产品工艺
（一）加工工艺
发动机缸体毛坯为铸造成型，主要加工孔和面。主要加工工艺有铣平面、粗精镗孔、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、珩磨等，为确保尺寸精度，需对工序内容进行交错布置。工艺过程主要分为气缸体、下缸体分体加工与气缸体组件加工[1]。另外，在加工过程中还需要安排清洗工序与气密性检测工序，以清洁缸体上的油渍与切屑，以及检查缸体水套、油道、曲轴箱等的气密情况。
（二）工艺方法
1、切削加工。切削加工是缸体加工的主要工艺方法，包括钻孔、铣面、铰孔、攻螺纹、镗孔等，其中难点是对定位销孔的加工，精度在6～7级，需要有专用铰刀进行铰孔，并提前试切验证销孔加工质量。另外，发动机缸体上有很多螺纹孔，规格不一，必须选用带内冷的丝锥才能完成对较深螺纹孔的加工。所以，缸体上铰孔与螺纹孔的加工工艺是切削的难点，必须得到应有的重视。
2、珩磨。在发动机缸体试制加工过程中，珩磨方法所承担的工作量要远远低于切削。但珩磨质量将直接影响到发动机的使用性能，因为珩磨是制作缸体气缸孔壁网纹唯一的加工方法，而珩磨设备、珩磨条和工艺参数又是珩磨质量的决定性因素，需在加工过程中重点监控。同时，当珩磨网纹参数通过试切符合设计要求后，必须将珩磨的工艺参数进行固化，以便稳定、可靠的生产合格产品。
3、气密性检测。检查发动机缸体的气密性是确保发动机能够正常工作的必要程序。检测项目包括：油道、曲轴箱、水套等。如果缸体气密性不好，出现漏水或漏油现象，将直接导致缸体报废。可见，检漏对于发动机缸体加工的重要性。在发动机缸体的试制过程中，需要制作专用工装来实现检漏的要求，以防止不良品流出，保证发动机质量及试验装机的需求。
（三）加工难点及解决措施
1、缸孔变形。缸体缸孔通常在安装缸盖之前进行加工。因此，当在缸体上安装缸盖时，由于受到了缸盖螺栓和缸盖衬垫表面压力的作用，缸孔将产生畸变。缸孔的畸变影响活塞和活塞环的密封性能和运动特性。这需要增加气缸的厚度和加筋以获得较高的缸体刚度，但也会导致质量增加[2]。
解决措施：为了改善发动机的性能，必须更有效地控制缸孔畸变。为了减小安装缸盖时产生的缸孔畸变，加工缸孔时可以把仿真缸盖安装在缸体上，以提供等效的缸盖螺栓载荷和缸盖衬垫表面压力。采用这种缸孔高圆度加工技术能可靠抑制安装缸盖后的缸孔畸变。
2、曲轴孔的孔径尺寸及同轴度 由于曲轴孔的孔深和孔径都比较大，而现有的加工工艺又很难完成高精度的加工，所以，曲轴孔的加工过多的依赖于设备的精度和加工者的技术水平。
解决措施：曲轴孔加工难度大，可以采用粗加工、半精加工、精加工结合的方式，必要时，可增加曲轴孔铰珩加工，以满足尺寸精度的要求；刀具的锋利程度也是确保曲轴孔加工质量的关键，但缸体试制过程不必选用过于专业的刀具，要考虑试制的成本问题；加工过程中要及时调整缸体合装螺栓拧紧力矩和拧紧角度。
（四）加工设备
从发动机缸体的加工过程来看，前期属于粗加工，对于精度的要求不是很高，所以加工设备只需要看设备工作台的尺寸大小及三个线性轴的工作行程能否满足缸体的试制加工即可。前期加工投入不必过高，可以采用经济适用型的立式加工中心上进行。对于精加工部分可以通过卧式加工中心来完成，对于曲轴孔和气缸孔的加工，则要依赖于进口的高精度加工中心或专机设备了。
气缸孔壁网纹质量直接关系到发动机的性能和使用寿命，影响油膜分布和油耗，高质量的孔壁网纹还能够缩短发动机的磨合期。粗、精加工和平顶珩是珩磨的三个加工工步。发动机缸体的气密性可以制作专用工装进行检测。清洗工作可以通过通用清洗机来完成。
（五）加工刀具
加工发动机缸体的刀具种类多，对刀具的品质要求高，尤其对于加工铸铁发动机缸体更应考虑刀具的强度、刚性以及耐磨性等综合性能。由于缸体两侧面往往形状不规则，且缸体上往往有多处细长深孔，在加工过程中会造成刀具与工件干涉现象。所以在试制发动机缸体时要准备一定数量的细柄径加长刀柄，刀具材料一般可选择硬质合金。加工缸孔及曲轴孔的刀具在资金允许的前提下最好选用进口刀具[3]。另外，出于对成本的考虑，试制过程缸体加工的数量不会太多，所以每种刀具的数量只要能够满足试制需要就可以了。采购刀具时要避免遗漏，每种刀具都有其独特的性质，无可替代，遗漏会给试制增加麻烦。加工前要做出一份详细的加工流程安排，其中要包含在不同的加工阶段，根据加工特点，选择何种刀具。还要对已有刀具的类型和种类做出详细清单。
（六）专用夹具
从加工成本考虑，发动机缸体试制阶段一般对进度没有什么要求，所以在试制阶段一般不考虑制作成本较高的气动夹具或液压夹具。为降低试制成本，在试制阶段主要是制作一些简易的工装，确保定位准确。夹具的主要作用是保证缸体的定位，这就对夹具定位提出了较高的要求。首先要求夹具定位精度要高，特别是保证定位销直径、定位销之间的距离、定位销与定位面的垂直度。其次，夹具要具备足够的刚性和强度，工装的所有件必须进行热处理，硬度不小于35HRC，定位销硬度不小于45HRC。第三，夹具的安装要简单方便，避免在装卸时浪费时间。
（七）缸体检验
一般情况下，如果生产线上加工出的第一个发动机缸体在检验后没有发现质量问题，那么，在不改变该生产线上的任何参数的时候，这条生产线上生产的所有缸体都是无需检验的，这是因为现代数控生产线具有较高的稳定性。但针对缸体缸孔、主轴孔等关键尺寸，仍需要在每件加工完毕后进行检测，以确保产品质量。
三、结论
发动机缸体结构复杂，试制加工过程中涉及到了多种加工技术和加工工艺，并且存在许多难点，在加工设备、工装、刀具的选择上，要充分考虑成本及缸体试制数量等因素进行全面策划。这就要求从事该项工作的人员要具有较强的理论技术和实际经验，这对于能否顺利进行发动机缸体试制加工、能否确保发动机缸体试制质量与控制试制成本等方面十分关键。
参考文献：
[1]吴国君.发动机缸体试制加工的关键技术[J].现代零部件，2010，（1）：70-73.
[2]彭浪，曹武.发动机气缸孔压板镗珩加工工艺研究[J].内燃机工程，2004，（3）：75-80.
[3]吴国君，陆志奇，陈燕明，王明皋.发动机缸体的试制工艺设计与过程控制[J].专题技术，2012，（2）：25-29.
关键词：发动机缸体；试制加工；关键技术；
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-02
前言
发动机缸体的试制是产品在研发阶段的工作，在此阶段，研制单位是不会采用生产线来进行发动机缸体的试制加工的。一般来说，研发阶段缸体试制的数量不会太多，受技术限制，研发单位多会采用外协这种经济的方式来完成新型发动机缸体的试制加工。
一、产品介绍
如图1所示，是某汽车发动机的缸体，材料为铸铁。在缸体试制加工时，要先对气缸体进行粗加工，然后通过加工销孔精准定位再对曲轴孔和气缸孔进行精加工。缸体是发动机中最大的零件，是发动机其他零件或总成安装固定的基体，其各加工面平面度、平行度及垂直度要求严格，所有加工面平面度要求在0.05mm以内。气缸孔、主轴孔的圆度、圆柱度以及各定位销孔的位置精度等要求高，并且在装配时都有特殊的要求。
二、产品工艺
（一）加工工艺
发动机缸体毛坯为铸造成型，主要加工孔和面。主要加工工艺有铣平面、粗精镗孔、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、珩磨等，为确保尺寸精度，需对工序内容进行交错布置。工艺过程主要分为气缸体、下缸体分体加工与气缸体组件加工[1]。另外，在加工过程中还需要安排清洗工序与气密性检测工序，以清洁缸体上的油渍与切屑，以及检查缸体水套、油道、曲轴箱等的气密情况。
（二）工艺方法
1、切削加工。切削加工是缸体加工的主要工艺方法，包括钻孔、铣面、铰孔、攻螺纹、镗孔等，其中难点是对定位销孔的加工，精度在6～7级，需要有专用铰刀进行铰孔，并提前试切验证销孔加工质量。另外，发动机缸体上有很多螺纹孔，规格不一，必须选用带内冷的丝锥才能完成对较深螺纹孔的加工。所以，缸体上铰孔与螺纹孔的加工工艺是切削的难点，必须得到应有的重视。
2、珩磨。在发动机缸体试制加工过程中，珩磨方法所承担的工作量要远远低于切削。但珩磨质量将直接影响到发动机的使用性能，因为珩磨是制作缸体气缸孔壁网纹唯一的加工方法，而珩磨设备、珩磨条和工艺参数又是珩磨质量的决定性因素，需在加工过程中重点监控。同时，当珩磨网纹参数通过试切符合设计要求后，必须将珩磨的工艺参数进行固化，以便稳定、可靠的生产合格产品。
3、气密性检测。检查发动机缸体的气密性是确保发动机能够正常工作的必要程序。检测项目包括：油道、曲轴箱、水套等。如果缸体气密性不好，出现漏水或漏油现象，将直接导致缸体报废。可见，检漏对于发动机缸体加工的重要性。在发动机缸体的试制过程中，需要制作专用工装来实现检漏的要求，以防止不良品流出，保证发动机质量及试验装机的需求。
（三）加工难点及解决措施
1、缸孔变形。缸体缸孔通常在安装缸盖之前进行加工。因此，当在缸体上安装缸盖时，由于受到了缸盖螺栓和缸盖衬垫表面压力的作用，缸孔将产生畸变。缸孔的畸变影响活塞和活塞环的密封性能和运动特性。这需要增加气缸的厚度和加筋以获得较高的缸体刚度，但也会导致质量增加[2]。
解决措施：为了改善发动机的性能，必须更有效地控制缸孔畸变。为了减小安装缸盖时产生的缸孔畸变，加工缸孔时可以把仿真缸盖安装在缸体上，以提供等效的缸盖螺栓载荷和缸盖衬垫表面压力。采用这种缸孔高圆度加工技术能可靠抑制安装缸盖后的缸孔畸变。
2、曲轴孔的孔径尺寸及同轴度 由于曲轴孔的孔深和孔径都比较大，而现有的加工工艺又很难完成高精度的加工，所以，曲轴孔的加工过多的依赖于设备的精度和加工者的技术水平。
解决措施：曲轴孔加工难度大，可以采用粗加工、半精加工、精加工结合的方式，必要时，可增加曲轴孔铰珩加工，以满足尺寸精度的要求；刀具的锋利程度也是确保曲轴孔加工质量的关键，但缸体试制过程不必选用过于专业的刀具，要考虑试制的成本问题；加工过程中要及时调整缸体合装螺栓拧紧力矩和拧紧角度。
（四）加工设备
从发动机缸体的加工过程来看，前期属于粗加工，对于精度的要求不是很高，所以加工设备只需要看设备工作台的尺寸大小及三个线性轴的工作行程能否满足缸体的试制加工即可。前期加工投入不必过高，可以采用经济适用型的立式加工中心上进行。对于精加工部分可以通过卧式加工中心来完成，对于曲轴孔和气缸孔的加工，则要依赖于进口的高精度加工中心或专机设备了。
气缸孔壁网纹质量直接关系到发动机的性能和使用寿命，影响油膜分布和油耗，高质量的孔壁网纹还能够缩短发动机的磨合期。粗、精加工和平顶珩是珩磨的三个加工工步。发动机缸体的气密性可以制作专用工装进行检测。清洗工作可以通过通用清洗机来完成。
（五）加工刀具
加工发动机缸体的刀具种类多，对刀具的品质要求高，尤其对于加工铸铁发动机缸体更应考虑刀具的强度、刚性以及耐磨性等综合性能。由于缸体两侧面往往形状不规则，且缸体上往往有多处细长深孔，在加工过程中会造成刀具与工件干涉现象。所以在试制发动机缸体时要准备一定数量的细柄径加长刀柄，刀具材料一般可选择硬质合金。加工缸孔及曲轴孔的刀具在资金允许的前提下最好选用进口刀具[3]。另外，出于对成本的考虑，试制过程缸体加工的数量不会太多，所以每种刀具的数量只要能够满足试制需要就可以了。采购刀具时要避免遗漏，每种刀具都有其独特的性质，无可替代，遗漏会给试制增加麻烦。加工前要做出一份详细的加工流程安排，其中要包含在不同的加工阶段，根据加工特点，选择何种刀具。还要对已有刀具的类型和种类做出详细清单。
（六）专用夹具
从加工成本考虑，发动机缸体试制阶段一般对进度没有什么要求，所以在试制阶段一般不考虑制作成本较高的气动夹具或液压夹具。为降低试制成本，在试制阶段主要是制作一些简易的工装，确保定位准确。夹具的主要作用是保证缸体的定位，这就对夹具定位提出了较高的要求。首先要求夹具定位精度要高，特别是保证定位销直径、定位销之间的距离、定位销与定位面的垂直度。其次，夹具要具备足够的刚性和强度，工装的所有件必须进行热处理，硬度不小于35HRC，定位销硬度不小于45HRC。第三，夹具的安装要简单方便，避免在装卸时浪费时间。
（七）缸体检验
一般情况下，如果生产线上加工出的第一个发动机缸体在检验后没有发现质量问题，那么，在不改变该生产线上的任何参数的时候，这条生产线上生产的所有缸体都是无需检验的，这是因为现代数控生产线具有较高的稳定性。但针对缸体缸孔、主轴孔等关键尺寸，仍需要在每件加工完毕后进行检测，以确保产品质量。
三、结论
发动机缸体结构复杂，试制加工过程中涉及到了多种加工技术和加工工艺，并且存在许多难点，在加工设备、工装、刀具的选择上，要充分考虑成本及缸体试制数量等因素进行全面策划。这就要求从事该项工作的人员要具有较强的理论技术和实际经验，这对于能否顺利进行发动机缸体试制加工、能否确保发动机缸体试制质量与控制试制成本等方面十分关键。
参考文献：
[1]吴国君.发动机缸体试制加工的关键技术[J].现代零部件，2010，（1）：70-73.
[2]彭浪，曹武.发动机气缸孔压板镗珩加工工艺研究[J].内燃机工程，2004，（3）：75-80.
[3]吴国君，陆志奇，陈燕明，王明皋.发动机缸体的试制工艺设计与过程控制[J].专题技术，2012，（2）：25-29.