二、氣缸蓋加工工藝
根據缸蓋在一臺發動機上的數量可分為整體式缸蓋和分體式缸蓋等。只覆蓋一個氣缸的稱為單體氣缸蓋,覆蓋兩個以上氣缸的稱為塊狀氣缸蓋(通常為兩缸一蓋,三缸一蓋),覆蓋全部氣缸的稱為整體氣缸蓋(通常為四缸一蓋,六缸一蓋)。
根據氣缸蓋上凸輪軸的個數可分為單頂置凸輪軸式(SOHC)、雙頂置凸輪軸式(DOHC)氣缸蓋。
根據缸蓋每缸的氣門數量可分為如2氣門、4氣門等。
由于氣缸蓋在發動機作功過程中需承受燃氣爆發力及螺栓緊固力所產生的熱應力和機械應力,所以要求缸蓋本體有足夠的強度、剛性及耐熱性,以保證在氣缸體的壓力和熱應力的作用下能可靠地工作。它與氣缸墊的結合面應具有良好的密封性,其內部的進排氣通道應使氣體通過時流動阻力昀小,還應冷卻可靠,并保證安裝在其上的零件能可靠地工作。
常用的缸蓋材料有灰鑄鐵、合金鑄鐵、鋁合金及鎂合金等。卡車用發動機的缸蓋材料多以灰鑄鐵、合金鑄鐵或低銅鉻鑄鐵等為主,其機械性能、鑄造性能和耐熱性能較好;小型發動機的缸蓋多采用鋁合金材料,充分發揮其比重小、導熱性能好的特點。
隨著市場對高馬力、高轉矩、低廢氣排放以及降低燃料使用量等需求的持續增長,這迫使大功率柴油發動機需要不斷提高點火峰壓,使發動機的熱負荷和機械負荷大幅度增加。熱負荷及機械負荷的同時升高,使目前使用的常規鑄鐵和合金鑄鐵發動機已達到或超過了其使用上限。目前蠕鐵已逐漸在發動機缸蓋的鑄造生產領域得到應用。
2、氣缸蓋的工藝安排
導管閥座加工是整個缸蓋工藝的重點,為保證產品質量,導管閥座的精加工一般采用專機,錐面加工采用車削工藝,小批量生產線主要采用加工中心完成導管閥座的粗精加工。
3.1 缸蓋為典型的箱體類零件,其加工工藝復雜,加工精度高,定位方式一般為一面兩銷。由于缸蓋頂面與缸體無直接配合關系,缸蓋頂面及該面上的兩個定位銷孔常用來作為過渡基準,缸蓋底面(與缸體的接合面)及該面上的兩個定位銷孔作為主要定位基準。
另外一種定位方式為采用缸蓋結合面平面和導管孔外圓進行定位。采用這種定位方式,夾具的定位導套與機床主軸應保持很嚴的同軸度,以確保加工余量的均布。這樣,閥座和導管孔只需進行一次性加工就能達到規定的公差。但是,缺點是在一個工位上只能加工一個閥座及導管孔。與采用一面兩銷定位方式相比,生產率要低一些,也就是,在保持同樣生產率的情況下,需要增加一定數量的加工工位,從而增加了生產線的長度。
4、缸蓋的加工工藝簡介
4.1 主要加工工藝
缸蓋的平面加工一般采用機夾密齒銑刀進行銑削加工,孔系一般采用搖臂鉆床、組合機、加工中心等設別進行鉆、擴、鉸方式加工;導管及閥座采用冷凍或常溫壓裝方式進行壓裝,常溫壓裝過程中一般采用位移—壓力控制法對裝配過程進行控制。
缸蓋與缸體結合面的貼合質量將直接影響發動機質量,同時,此面通常作為缸蓋加工的統一工藝基準。因此,缸蓋結合面的加工也是缸蓋加工的關鍵工序。根據加工精度的不同要求,缸蓋底面的加工主要采用銑削,也有采用砂輪或砂帶磨削的加工方法,磨削的速度高、精度高、毛刺少。
氣門座圈和導管與缸蓋底孔為過盈配合,要求精度高,因此底孔加工質量很重要,壓裝壓氣門座圈和導管之前的底孔加工典型工藝方法是:鉆導管底孔→擴锪氣門座圈底孔→鏜或鉸導管底孔→半精鏜氣門座圈底孔→鏜氣門座圈底孔、鉸或槍鉸導管底孔。
發動機工作時,由于可燃氣體是在缸蓋燃燒室壓縮后進行點燃,致使氣門閥座承受很高的熱負荷和機械負荷。這既要求閥座有很高的耐磨性,還要有很好的密封性。如果閥桿工作時中心發生偏移除了會導致有害的熱傳導和閥桿及導管孔的很快磨損外,還會造成耗油量的增加。因此,對氣門閥座和導管孔的加工精度提出了很高的要求,特別是對氣門閥座工作錐面與導管孔的相互間的同軸度規定了很嚴的公差。壓裝氣門座圈和導管之后的氣門座圈錐面和導管孔加工,一般均采用精鏜(車)或锪氣門座錐面、槍鉸導管孔。
導管閥座的加工刀具常采用一把專用刀具同時加工氣門閥座和導管孔,有利于提高同軸度。氣門座圈的加工難點在于內孔的幾何形狀復雜,為了獲得一個寬度恒定的工作錐面,特別是交線處的尺寸公差與位置公差更難控制,加工閥座的工作錐面,一般是采用锪削和車削兩種成型工藝。采用锪削加工時,由于閥座是淬硬材料( HRC50-58),刀刃的磨損較快,而這種刀刃磨損的輪廓會復制在密封錐面上,從而影響到閥座工作時的密封性。但其優點是刀具的結構和刀具切削運動的控制較為簡單。用車削工藝加工閥座工作錐面可避免锪削時出現的缺陷。
氣缸蓋加工完成后,需對氣道、水道、油道進行試漏,根據毛坯狀況,也可在中間增加試漏工序。試漏時采用堵頭將氣道、水道、油道進行密封,然后充氣,檢測氣壓降低或泄漏量,判斷是否有漏點。試漏有干式和濕式試漏兩種。
4.2 氣缸蓋加工工藝過程
工序內容 |
常用設備 |
毛坯上線、檢查 |
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頂面定位基準及彈簧座面加工 |
專機或加工中心 |
粗銑、半精銑進排氣面 |
專機或加工中心 |
粗銑、半精銑前后端面 |
專機或加工中心 |
粗銑、半精銑頂底平面 |
專機或加工中心 |
缸蓋螺栓孔加工 |
專機或加工中心 |
進排氣閥座底孔、導管底孔粗加工 |
專機或加工中心 |
前后端面燃油道、回油孔加工 |
專機或加工中心 |
前后端面和進氣面及其孔系加工 |
專機或加工中心 |
導管底孔和閥座底孔加工 |
專機或加工中心 |
進、排氣導管壓裝 |
專機或加工中心 |
壓裝進、排氣閥座 |
專機或加工中心 |