Auto Engineer- 37 -2009(8)技术聚焦FOCUS

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汽车发动机缸盖与发动机的配气和点火等重要性能密不可分。而缸盖作为复杂零件，其表述繁杂，容易使人对其机加工艺摸不着头绪。文章以直列4缸发动机铝合金缸盖为例，明晰了缸盖与相关零件的装配关系、机加工艺核心原则及关键部位加工方法。1 装配关系

发动机缸盖的各个面及相关位置，如图1和图2所示。

图1 缸盖的缸体结合面及相关位置图2 缸盖的罩壳结合面及相关位置1.1 6个外形面

1.1.1 缸体结合面与缸体结合，此面上有燃烧室。气缸的容积与燃烧室容积的比值称为压缩比，这是发动机性能的重要参数。气缸中被压缩的可燃混合气体在燃烧室内被点火和燃烧，燃烧室容积变小，可能引起爆燃，容积变大，会导致发动机功率不足。一般缸盖的燃烧室都是

()摘要：发动机缸盖作为复杂零件，表述繁杂，文章从使用功能角度介绍了缸盖各部位重要程度，分析了缸盖与相关零部件装配关系，指出缸盖机加工艺路线的核心原则，同时阐述了其关键部位的加工方法及注意事项。实践表明，该原则及方法有助于把握缸盖加工关键，灵活编排工艺。关键词：发动机缸盖；装配关系；工艺分析；加工方法Machining Technology and Difficulties of Engine Cylinder HeadAbstract: As a complex parts, it is difficult to draw a clear picture of engine cylinder head. This paper introduces each part’s importance of engine cylinder head and analyzes the assembling of cylinder head and related parts, pointing out that the core principles of cylinder head’s machining technology as well as the processing methods and some notices. The practice proves that this processing method and principles facilitate the holding on the key points of engine cylinder head machining and a flexible arrangement of technology.Key words: Engine cylinder head; Assembling; Technology analysis; Machining methods

发动机缸盖的机加工艺及加工难点

万方数据默克精密工具（常州）有限公司陈圣Auto Engineer

- 38 -2009年8月技术聚焦FOCUS

技术看点毛坯面，不需机加工。因此，缸体结合面与燃烧室内毛坯面的位置精度要求相对较严。另外，此面对发动机燃烧室的密封性关系很大，虽然缸体和缸盖中间还有气缸垫，仍对此面的平面度要求较高。1.1.2 其它各面

罩壳面与主要起防尘及防噪声作用的凸轮罩配合，中间还有气缸垫；进、排气面分别与进、排气歧管相配合，中间有垫片；两侧面主要安装一些控制器及罩壳等装置。这些部位要求均不高。1.2 各孔系

一般四冲程发动机缸的工作行程是：进气、压缩、做功及排气。缸盖一个重要功能就是给发动机配气，配气机构的工作过程是凸轮轴通过驱动挺杆进而驱动进排气门开启，进排气得以实现。在压缩和做功的2个行程中，进排气门通过挺杆内的弹簧等作用而关闭。1.2.1 凸轮轴孔系

进排气凸轮轴孔各装一根凸轮轴，而凸轮轴在孔内旋转以驱动挺杆，因此，各挡凸轮轴孔的同轴度要非常好，否则会出现凸轮轴早期磨损、犯卡、甚至无法装配等问题。1.2.2 阀座导管孔系

阀座与导管位置关系：气门在导管孔内往复运动，同时，气门头必须要与阀座的密封锥面保证良好的配合。因此，阀座和导管孔二者之间的跳动要求非常严，否则会出现燃烧室漏气等严重影响发动机性能的问题。1.2.3 挺杆孔

装配气门挺杆，以凸轮轴传递来的动力驱动进排气门，挺杆孔与导管孔之间有一定的同轴度要求。1.2.4 其它

火花塞孔、螺栓孔、螺纹孔、水孔及油孔和其它部件之间没有太紧密的联系，位置要求不高。1.3 总结1）凸轮轴孔系各挡孔间位置关系特别重要；2）阀座导管孔系之间位置关系特别重要；3）缸体结合面与燃烧室内毛坯面间位置关系比较重要；4）挺杆孔与导管孔间位置关系比较重要。

其余部位位置精度要求一般。2 机加工艺

工艺方案的制定主要考虑2方面：1）加工顺序，即先与后、分与合的问题；2）加工方法，即具体的实现手段。

2.1 加工顺序本着先基准、后其它的机加工原则，首先要考虑的是粗、精基准。2.1.1 粗基准的选择

要保证缸体结合面与燃烧室内毛坯面的位置，实际上就是要选择一个合理的粗基准。在缸盖的缸体结合面方向，都会留有3个工艺定位台阶，作为粗基准，这个工艺定位台阶与燃烧室位于同一方向，是铸造模具同一个型面形成的，没有分型等铸造工艺误差，因此比较准确，所以必须要用缸盖的缸体结合面方向上的粗基准做为首次定位基准，加工出机加工的精基准。以后的误差，都是用机加工的精基准重复定位而产生的累积误差，相对较小，不会影响压缩比。2.1.2 精基准的选择

缸体结合面和罩壳面比较大，结构上比较适宜做精基准，因此，选择缸体结合面和此面上的2个定位销孔作为第一精基准，罩壳面为第二精基准。2.1.3 工序组合

这方面对产品位置精度的影响较大，一般来说，按照工件位置精度要求的严格与否，有4种方法可以选择，1）要求不严的，可以分别用不同的基准来定位加工；2）有一定要求的，通过用同一个基准来定位加工；3）要求很严的，通过一次装夹来完成；4）要求极严的，既要一次装夹，又要用一把刀同时加工，由此，可以得出缸盖机加工艺的核心原则。2.1.4 核心原则

加工顺序方面要求：1）以缸体结合面方向上的毛坯粗基准作首次定位基准；2）凸轮轴孔系一次装夹且用一把刀加工；3）阀座导管孔系一次装夹且用一把刀加工；4）挺杆孔和阀座导管孔系最好一次装加工，对于部分要求不是特别严格的产品，也可以通过调整夹具精度的方式保证位置度；5）其余部位可用不同精基准定位进行加工。2.2 加工方法

从缸盖各部位的尺寸精度、位置精度、形状精度及光洁度等要求来看，大部分面和孔的各种要求不高，可以通过常规的铣、钻、镗、铰及攻丝方法来实现。但是，存在4个难点，凸轮轴孔系和阀座导管孔系由于产品结构的关系，精度高，要求严，而且长径比过大，如果用常规的加工方法，即使一次装夹加工，也很难保证要求。缸体结合面由于平面度要求较高，面积较大，也有一定难度。另外，为适应现代加工高效生产的要求，也需要有相应的解决方法。

万方数据Auto Engineer- 39 -第8期技术聚焦FOCUS

Feature2.2.1 凸轮轴孔系

以直列4缸1.0 L铝合金缸盖为例，凸轮轴孔的精度要求，如表1所示。表1 凸轮轴孔的精度要求 mm

直径5档孔同轴度圆柱度Ra缸盖长度Ф23H70.015(最大实体)0.0090.8446加工难点：孔系很长。如果通过工作台回转掉头加工，转台回转误差和机床重复定位误差很难消除，另外还包括操作者设定加工座标系的人为误差，即使掉头加工，刀具仍然很长，也无法稳定保证同轴度要求。而一头加工，刀具的长径比约为20，用常规的镗和铰方法更是无法实现。加工方法：1）在专机上用线镗刀加工，通过在专机上增加支撑导套来解决刀具过长的问题，线镗刀正、反走刀来实现半精和精加工，保证了同轴度。此法效率较高，但通用性差，在柔性设备上实现比较困难。2）在加工中心使用枪铰加工，如图3所示。

图3 枪铰加工图枪铰工艺分为2把铰刀加工，一把是导引铰，另

一把是枪铰。导引铰比较短，刚性好，刀体前部一般有一个可调式铰刀片；枪铰很长，前部有2个可调式铰刀片，前后各一个，其中第1个刀片加工直径尺寸与导引铰尺寸一致，第2个刀片是成品尺寸，刀片之后是3根金属陶瓷导向条，一直延伸到刀体柄部。如：导引铰刀片做成Ф22.7，枪铰第1刀片尺寸也为Ф22.7，第2刀片尺寸为Ф23H7。加工时，首先用导

引铰加工出一挡凸轮轴孔，用此孔做为枪铰的第1刀片的支撑导向孔，第2刀片进行切削，以保证加工稳定。枪铰精加工第2挡孔时，用加工好的第1挡孔作为枪铰刀体上3根金属陶瓷导向条的支撑孔，刀具旋转时，切削液会在导向条与已加工凸轮轴孔之间形成一层油膜，对刀体起到支撑作用，从而保证切削稳定。以后3挡凸轮轴孔同理。这样，通过刀具自定位的方法，解决了刀具刚性不足的问题，同时也充分保证了各挡凸轮轴孔之间的同轴度。由于此法加工精度高，对工装要求低，可以在柔性加工中心使用，通用性很

强，因此被越来越多的厂家所接受。2.2.2 阀座导管孔系

以直列4缸1.0 L缸盖为例，其阀座导管孔隙精度要求，如表2所示。表2 阀座导管孔的精度 mm

部位精度要求

导管孔直径Ф5.5F8直线度0.01圆柱度0.01Ra1.6

长度35

阀座孔密封角度90°±30’Ra1.4

相对导管跳动0.03阀座至导管口的距离28

加工难点：从尺寸数据来看，导管孔长径比很大，

同时产品结构很紧凑，要保证阀座相对导管的跳动以及导管的直线度难度很大。加工方法：现在比较可靠的方法是复合枪铰。加工导管的原理与凸轮轴孔相似，也是采用先导引铰后精铰的方法来保证导管孔直线度。加工阀座采用CBN锪刀锪平阀座孔与气门配合的密封锥面。另外，

将阀座刀具与导管刀具复合，不必换刀可实现二者同时加工，从而消除了机床重复定位误差工，更稳定的保证跳动精度。2.2.3 缸体结合面

加工难点：此面平面度要求较高，一般为0.05 mm，型面较大，以1.0 L小排量缸体为例，外形

也有155 mm×430 mm。如果采用分刀铣，会有接刀痕；如果一刀过，铣刀盘直径至少需要200 mm，仅铣刀盘的质量就要10 kg。同时与这样的铣刀盘配套的刀柄也必须比较大，HSK-A100的刀柄也达到7 kg。这样的刀具质量，一方面对于目前比较流行的铝合金材料缸盖来说，大大限制了铣削切削速度的提高，严重影响了生产效率。对于更大排量的缸盖而言，对于加工中心的换刀系统也是一个考验，甚至要选用大规格的机床才能解决可靠的换刀和主轴抓刀。解决方法：现在可以通过使用铝合金铣刀盘，来减少刀具质量，从而缓解上述问题。铝合金刀盘减重约70%，大大提高了加工工艺性。对于铝合金缸盖的加工，刀具减重使得采用更高效刀具材料成为可能。2.2.4 高效加工