汽車發動機缸體加工變形分析及精度控制探析

XIAOZHONGMING

摘要：發動機缸體屬于壁薄多孔的箱體類零件，該零件的加工對各道工序的要求較高，其加工質量對發動機性能的發揮具有直接影響。本文主要對缸體加工變形因素進行分析，并提出了提高缸體加工精度的幾項控制策略。
   

      發動機是汽車中技術含量較高的部件之一，其加工質量對汽車的實用性能和經濟性能具有重要影響，缸體作為發動機的重要組成部件，其制造的精度對發動機的性能有著至關重要的作用。因此，要提升發動機的性能，必須對發動機的關鍵零件制造工藝進行嚴格的控制，確保其加工精度符合實際需要的標準。

      1 、發動機缸體加工

      1.1 缸體加工介紹

      發動機缸體是箱體類零件，內部為壁薄多孔的復雜結構，因此在加工過程中極易發生變形，這就對加工精度提出了極為苛刻的要求。目前，發動機缸體加工生產是在由數控加工中心組成的柔性生產線上完成的，該生產線的自動化程度較高，且生產成本低，但對生產線的每一個環節要求都極高，否則難以達到缸體加工工藝標準的要求。

      1.2 缸體加工工藝流程

      1.2.1 缸體表面加工缸體表面加工由平面加工和孔系加工組成，其中平面加工主要由端面銑削完成，例如頂面、底面、前后端面的
加工就屬于此類；而孔系加工則需要鏜削、珩磨、鉆、鉸和攻等加工工
藝，如水套孔、安裝孔、活塞缸孔、油孔、連接孔、曲軸孔以及銷孔等。

   
      1.2.2 缸體加工工序流程缸體加工工序由四道工序組成，分別是主要型面加工工序組、主要孔柱加工工序、清洗檢測工序組、輔助結構加工工序組組成，不同工序的定位基準不同。如部分工序采取粗基準3-2-1 完全定位方式、部分工序采取一面兩銷完全定位方式，而定位面也有底面或端面的區別。在整個缸體生產線工序中，對缸體后端面和底面的加工工序是最為關鍵的工序。

   
      1.2.3 缸體加工階段劃分缸體生產線分為兩個模塊，每個模塊分為兩部分，整個生產線可劃分為若干個粗加工單元、半精加工單元和精加工單元三類。

      2、 缸體加工變形影響因素

      2.1 工藝系統方面的影響因素

      2.1.1 機床引起的誤差機床引起的誤差主要來自于主軸回轉、導軌產生的誤差以及傳動誤差等。如主軸回轉過程中產生的誤差對端面的加工形狀和位置的精度影響較大。

       2.1.2 夾具引起的誤差夾具誤差有定位誤差和夾緊誤差兩類，定位誤差可采用3-2-1 完全定位方式消除，而夾緊力誤差則可通過夾緊力大小的調整進行控制。

       2.1.3 刀具引起的誤差現有的缸體生產線工藝中，刀具的刀柄錐面和端面同時與機床主軸形成緊密的配合，定位精度較高，可適用于高速切削，因此刀具安裝誤差和振動誤差對缸體加工變形的影響可忽略不計。但隨著刀具加工的工件數目逐漸增多時，刀具由于磨損造成了垂直誤差，引起了加工變形。

   
       2.1.4 工件原因分析發動機缸體屬于薄壁箱體類加工零件，在對缸體端面切削加工過程中產生的熱變形和力變形，同樣會造成加工誤差。熱變形可通過高壓冷卻液和刀具的內冷功能進行消除；而力變形包括夾力變形和切削變形，前者屬于靜態力，后者屬于動態力。研究表明，在工件加工過程中，切削力對表面誤差的影響要大于夾緊力的影響，因此銑削力過大就成為影響工件加工誤差的主要原因。

       2.2 工藝過程方面的影響因素

       2.2.1 加工工藝分析加工工藝主要從刀具路徑、加工工序和切削參數三方面考慮，刀具路徑對缸體表面加工形貌影響較大，加工參數對缸體表面加工變形有直接影響，切削參數對缸體表面加工質量影響顯著。在粗加工階段，切削力和毛坯自身的內應力導致工件產生較大變形；半精加工時刀具磨損產生過大的銑削力，影響工件精度；兩個階段的效應累積造成加工工序對缸體加工精度的影響較大。

       2.2.2 過程調整分析發動機生產線在運行過程中，僅對加工設備進行維修調整，或者是在工藝方案允許的前提下，對設備參數進行微調，對工件的加工不產生顯著影響。

   
       2.2.3 結果測量缸體加工中的垂直度測量為在線測量，使用三坐標儀的測量精度可達到0.001mm，滿足精度設計要求，因此結果測量誤差對加工精度的影響可忽略。

       3 、缸體加工變形和精度控制

       3.1 缸體加工變形和加工精度的關系

   
       缸體加工變形影響了缸體的加工精度，而加工精度則直接反應了缸體加工變形程度，二者之間是彼此影響，密不可分的關系。因此，提高缸體的加工精度，就是減少和控制缸體加工變形問題。

       3.2 缸體加工精度控制策略

       3.2.1 直接減少或消除原始誤差直接法應用較為廣泛，該法是在對加工誤差的影響因素進行明確的基礎上，采取有效措施直接消除或減少誤差的方法。如刀具加工工件數目達到一定值時，更換新刀具，可消除垂直誤差。
  
  
      3.2.2 誤差補償法誤差補償法是通過人為方式制造一種新的原始誤差，從而抵消工藝系統中存在的固有誤差。人為誤差與原始誤差之間是大小相等，方向相反的關系，互相抵消后可提高工件的加工精度。

      3.2.3 誤差均衡法誤差均衡法是指在加工工序中，加工內容設置不當引起的誤差累積，可通過前后工序內容平衡來減少誤差的方法。如粗加工和半精加工在同一工序中完成時，就會導致粗加工中的誤差累積到半精加工中，導致缸體后端面與底面垂直度誤差偏大，若將兩道工序分離操作，將前道工序與本道工序加工內容進行調整，可減少誤差。

      3.2.4 誤差轉移法誤差轉移法是工藝系統中的誤差轉移到不影響加工精度的方向上去，可轉移的誤差包括幾何誤差、受力變形和熱變形等。如缸體后端面曲軸密封面產生接刀痕時可改變走刀路徑，使刀痕轉移到后端面溝槽中，消除道行對密封面的影響。

      4 、結語

      缸體內部結構復雜，對加工工藝要求較高，缸體在加工過程中，受多種因素的影響，不可避免的產生加工誤差，導致加工工件的變形，影響了缸體和發動機的實用性能，因此，了解缸體加工變形的影響因素，采取有效的控制措施減少缸體加工誤差，提高工件加工的精度是每個企業應該解決的關鍵問題。