发动机主要零件制造工艺和装备概况

作者：侯天理 闫青山 何国炜

欢迎访问e展厅 展厅 1 发动机展厅 汽油发动机, 柴油机, 船用柴油机, 天然气发动机, 气缸及部件, ... 发动机是加工要求较高的机械，它的制造质量直接影响产品性能水平和可靠性。随着发动机趋于轻量化、结构简单化、性能优质化，发动机制造技术和工艺发生了很大的变化，高速、高效、柔性是制造技术发展的主要趋势。 在世界发达国家，柔性加工在发动机制造业已获得广泛应用，为了适应大批量生产的需要，先后开发了可换箱式柔性制造单元（FMC）和多台加工中心组成的柔性加工系统（FMS），适应不同品种和批量的制造业需要。由于CNC控制系统的推广和刀具新材料的开发，高速模块化加工中心在90年代取得突破性进展，由高速加工中心组成的柔性加工系统也已用于实际生产。 主要零部件加工工艺 机体、缸盖等箱体类零件的机械加工 先进的机体、缸盖生产线是由数控机床和加工中心组成的柔性生产线，刚性生产线已逐步被淘汰。 平面加工 由于机床结构的改进，机床的刚度、强度、减振明显提高，刀具结构的改善（广泛采用密齿刀盘）、深层硬质合金刀片、陶瓷刀片等先进刀具推广应用，使铣削进给量最高可达2000-4000mm/min（中国目前亦可达到500-1500mm/min），以铣削代替平面拉削已成为当今世界平面加工的一种发展趋势。目前在中国各发动机制造厂采用高强度、高刚度的组合铣床，应用密齿刀盘、涂层硬质合金刀片进行大平面的铣削加工已获得广泛推广应用。平面度可达0.02-0.04mm／l000mm，表面粗糙度Ra＝1.6μm。 工艺定位销孔加工 新一代发动机的工艺定位销孔孔距公差一般为±0.025-±0.030mm，各厂分别采用滑台移动组合机床或双转塔组合机床，以特制短钻头（铰刀）后导向进行钻、扩、铰孔。也有厂家利用加工中心，用特制短钻头和扩孔钻（铰刀）进行锪窝、铰孔、强力扩孔、铰孔加工。 顶平面及缸孔、止口的精加工 美国LAMB或G＆L等公司的以主轴承孔定位、精铣顶面、精镗缸孔、止口机床，可稳定保证顶平面对主轴承孔平行度、顶平面至主轴承孔公差控制在0.08mm以内，顶平面平面度0.025mm/1000mm，缸孔止口深度公差0.04mm以内，缸孔对主轴承孔垂直度在0.02mm/100mm以内，缸孔对主轴承孔对称度在0.02mm以内。 主轴承孔、凸轮轴孔加工 东风汽车公司设备制造厂等采用引进美国LAMB或G＆L等公司的半精、精镗床，对主轴承孔、凸轮轴孔拉镗的同时对两端面定位销孔、惰轮轴孔进行精镗（或精铰），精镗主轴承孔后，径向走刀车止推面，精加工后主轴孔同轴度可达φ0.025mm以内，凸轮轴孔同轴度可达φ0.04mm以内，表面粗糙度可达Ra=1.6μm，孔距位置精度可达±0.03mm。 挺杆孔的加工 挺杆孔的加工，当今世界工艺水平是以枪钻、枪铰加工代替传统的钻―扩―镗―铰工艺，可以保证挺杆孔对凸轮轴孔的垂直度，中国也正在推广应用。 缸盖加工 缸盖的关键工序是精车（或精锪）气门座圈锥面、枪镗（或枪铰）气门导管孔，以保证气门座圈锥面对气门导管孔中心线的跳动量不大于0.03mm，取消了研磨工序，从而保证气门的气密性。 曲轴加工 曲轴主轴颈、连杆轴颈的圆柱度通常小于0.005mm，中间主轴颈对两端主轴颈的跳动小于0.03mm，因此从粗加工到精加工都应严格控制其变形量。采用数控车床、CNC曲轴内铣床、CNC车削、拉削机床等先进设备对主轴颈、连杆轴颈进行数控车削、内铣削、或车削、拉削加工；在加工过程中不采用冷校直，可以有效地减少加工的变形量。 现在曲轴精加工广泛采用CNC控制的曲轴磨床对其轴颈进行精磨加工，如美国Landis、德国Naxos、意大利Saimp的曲轴主轴颈及连杆轴颈磨床。此种磨床配备砂轮自动动平衡装置、中心架自动跟踪装置、自动测量、自动补偿装置、砂轮自动修整、恒线速度等，可靠保证了磨削质量。磨削后，轴颈尺寸精度达6级，圆柱度0.005mm，粗糙度Ra=0.6μm，中间轴颈对前后轴颈的同轴度φ0.03mm。曲轴超精加工采用砂带抛光机抛光加工，新一代发动机的曲轴轴颈表面粗糙度要求Ra＝0.2-0.4μm，止推面及圆角为Ra=0.4-0.8μm。 工件的输送，应广泛采用带自动编码识码的机动滚道输送，龙门式机械手上下工件，减少输送中人为的碰撞，实现曲轴的自动加工。 凸轮轴加工 冷激铸铁凸轮轴采用CNC凸轮轴铣床和CNC凸轮轴磨床，一次装夹下完成凸轮的粗、精磨削，不须进行热处理，可靠地保证了凸轮曲线的升程误差。凸轮表面广泛采用感应淬火工艺，以提高凸轮表面的硬度及耐磨性。国外数控凸轮磨床，一次粗精磨削凸轮型面后，凸轮升程偏差0.002 mm/1°，粗糙度为Ra=0.4-0.8μm。 连杆加工 由于连杆毛坯采用热模锻精锻工艺，毛坯余量显著减少，直接采用双端面磨床磨削连杆两端面，取消铣削工艺，更好地保证了两端面平面度和相互位置精度。 连杆剖分面的加工广泛采用平面拉削、磨削加工，剖分面上的齿形采用拉削或强力磨削加工，可靠地保证齿形加工精度。取消铣削工艺，从而更好地保证两端面的平面度和位置精度。随着连杆材质的改进，越来越多的采用连杆大头涨断剖分新工艺。 采用静压镗头的精镗连杆大小头孔专用机床，装有自动测量和自动补偿装置，加工精度可达6级，圆柱度0.003-0.004mm，粗糙度Ra=0.8-1.6μm。连杆大、小头孔逐步由加工中心完成，以适应多品种的加工，采用珩磨或珩磨工艺对连杆大、小头孔进行超精加工，可靠地保证大、小头表面粗糙度及圆柱度的要求。 连杆螺栓孔当前广泛采用枪钻、枪铰连杆螺栓底孔、挤丝工艺，保证了连杆螺栓孔对结合面的垂直度0.15mm/100mm的要求，随着连杆涨断剖分新工艺的推广应用，采用加工中心加工连杆螺栓孔将获得推广。 检测技术 加工过程中的自动测量与补偿 随着NC及CNC控制系统在机床上的应用，在切削加工过程中带自动测量与自动补偿功能的设备获得广泛应用，如曲轴主轴颈及连杆轴颈的磨削，凸轮轴主轴颈的磨削，连杆大头孔精镗、气缸套内孔及连杆大头孔的珩磨，发动机机体气缸套孔的精镗床均采用自动测量与补偿装置，使加工过程中尺寸得到有效控制。 生产过程中的在线检测 中国生产过程中在线检测已开始应用，如曲轴生产线在主轴颈、连杆颈精磨后选用意大利Marposs公司生产的曲轴综合检测机对曲轴主轴颈及连杆轴颈圆度、圆柱度、尺寸、连杆轴颈对主轴颈平行度、相位等进行综合测量，并打印输出有关数据，进行100％测量，随时监测加工质量。 综合检测 用于测量尺寸精度、形位公差、坐标尺寸等的三坐标测量机，在箱体类零件加工检测中已获得普遍应用。曲轴综合测量机、凸轮轴综合测量机、连杆综合测量机也已在国内推广。这些综合测量机的应用，可以随时发现加工中出现的问题，对刀具和设备进行调整，稳定保证加工质量。 中国发动机制造工艺现状 近十年来，中国发动机制造工艺水平尤其是机加工技术取得了长足的进步与发展，多数主机生产厂通过引进G．F．M公司、Heller公司的曲轴内铣床、德国Hegenscheidt车削、拉削机床等国外制造技术和设备，广泛采用当代先进的曲轴轴颈内铣削工艺或车拉、车/车拉加工方法；部分企业引进国外数控凸轮磨床，一次粗精磨削凸轮型面后，凸轮升程偏差0.002m m /1°，粗糙度为Ra=0.4-0.8μm；生产过程中在线检测已普遍采用等等。但与国外先进发动机制造企业比中国发动机制造技术还存在不小的差距。如： 适应大批量生产的FMC、FMS近几年在中国获得推广应用。但柔性加工刚刚起步，采用的形式多是由加工中心（MC）组成的CNC生产线，适应的生产规模一般偏低，通常在生产纲领2万台以下； 在大型箱体零件生产中，广泛采用组合专用机床，组成单一品种流水线生产，少数企业采用组合机床加工自动线和加工中心组成的分段自动线承担机体、缸盖的加工。但多数自动线的可调性差，缺乏自动检测和自动补偿装置，机床利用率低，工作可靠性差，不能适应多品种生产； 虽然切削工具以硬质合金和高速钢材质为主，机夹不重磨硬质合金刀具在部分企业中推广应用，而其它先进刀具应用面不广。 检测技术较为落后，除部分骨干企业引进国外三坐标测量机、圆度仪等先进检测仪器外，多数厂家仍以万能检测工具为主，专用高效检测工具少，测量误差大。 因此，在引进先进装备后，国内企业应在消化先进技术，运用先进制造理念，自主开发，因地制宜地提升企业工艺水平方面下大功夫，尽可能缩短与先进国家间的距离。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/14/2004)