☞ 这是金属加工（mw1950pub）发布的第19428篇文章
编者按
序言
铝制缸盖关键工序工艺设计
2.1 改变毛坯铸造形式，优化传统工艺
图1 NGD3.0缸盖毛坯前端面
同时，要求供应商在毛坯出厂前进行100%检查，检测关键尺寸和渗漏。铸件不允许有任何铸造缺陷，包括裂纹、冷隔、缩孔、疏松和浇不足等。不合格毛坯不出厂，提高进入生产线的毛坯质量和加工效率，减少了机械加工的毛坯废品，提高了成品合格率。
2.2 缸盖粗加工定位基准的选择
铝制缸盖粗基准遵循6点定位原理，选择缸盖底面1个定位点Z1和进气座圈内腔2个凸台Z2、Z3组成毛坯Z方向定位基准，2个进气座圈孔Y1、Y2为纵向Y方向定位基准，1个进气座圈锥面X1为横向X方向定位基准，如图2所示。为控制进气道涡流比1.7，进气道铸件要实现Z方向凸台定位表面的平面度和共面性，缸盖底面Z1点在金属模具上成型，容易保证精度，进气座圈内腔2个凸台Z2、Z3为砂芯成型面，存在制造误差，不能保证平面度。为此，在金属模具上增加浮动限位块，控制进气道砂芯成型面。通过控制毛坯尺寸，即靠近缸盖中心线的4个进气座圈凸台高度差控制在±0.05mm，保证了加工中粗加工基准的定位准确。粗加工基准不仅关系到毛坯的孔系和面系的铸造位置，也关系到下一工序——精加工基准的加工。针对铝制缸盖特殊的定位方式，设计了手动夹具。考虑到铸铝缸盖壁薄、刚性差、易变形等因素，重点规范了缸盖装料操作顺序，确认安装到位。合理选择压紧点，压紧点下方有定位点或辅助支撑，压紧力适当，以避免压紧变形。
2.3 改进缸盖精加工工艺
表1 4D47Ti和NGD3.0凸轮轴孔加工方式对比
（2）气门阀座、导管孔整体加工 众所周知，气门阀座和导管孔的加工是缸盖加工中的关键工序。长期以来，国内外许多刀具制造公司都十分重视这类刀具的开发，也取得了长足进步，这些都对提高缸盖产品加工精度、加工效率和延长刀具寿命起着积极作用。
1）气门阀座和导管孔的底孔加工。缸盖气门阀座和导管孔的底孔精度是直接影响气门阀座和导管孔最终加工精度的重要因素，因为底孔的同轴度误差会造成气门阀座和导管孔精加工余量的分配不均，从而影响最终加工精度。笔者公司QD32柴油机缸盖气门阀座和导管底孔的加工刀具采用某公司的复合专用刀具，刀具为整体结构，单刃铰刀，导条支撑。由于结构限制，刀具调整繁琐，所以一旦出现刀具局部损坏，则整个刀具报废，造成刀具使用成本高；且刀片采用大面积斜压板紧固，加工过程中易松动，易产生不合格品，严重时会造成停产。复合专用刀具斜压板结构如图3所示。
图3 复合专用刀具斜压板结构
借鉴了QD32柴油机缸盖气门阀座和导管底孔加工的经验教训，NGD3.0柴油机铝制缸盖刀具选用分体结构，液压连接，整体加工方式，刀体调整可靠、简便。在刀片安装方式上首次采用了锯齿限位，压板为杠杆结构，增大了压紧力，提高了刀片定位精度和夹紧力。复合专用刀具和杠杆压板结构如图4所示。为获得更佳的尺寸精度和表面粗糙度，刀片的选择也很重要。笔者公司铝制缸盖材料的硅含量为6.5%～7.5%，一般硅含量>8%适合选择金刚石刀片，硅含量<8%适合选择硬质合金刀片。结合铝合金硬度低、难加工等特点，确定选择大前角、大后角且不带涂层的超细颗粒硬质合金刀片[3]。经过试验和跟踪验证，气门座圈，导管底孔同轴度达到图样<φ0.05mm要求，并且气门座圈底孔表面粗糙度值Ra＜0.3μm，气门导管底孔表面粗糙度值Ra＜0.6μm，满足了图样要求的座圈、导管底孔表面粗糙度值Ra＜0.8μm的要求。
图4 复合专用刀具杠杆压板结构
2）气门阀座和导管孔的加工。目前笔者公司在加工中心上生产的缸盖产品，如QD32缸盖和AZL缸盖气门阀座和导管孔加工刀具都采用分体结构，座圈工作锥面只有1个角度，为90°或120°，刀具倾斜角与气门阀座工作锥面的半锥角相等。但铝制缸盖不同于传统产品，导管直径小，仅为6mm。气门座圈工作锥面涉及3个角度，分别为30°、60°和90°。刀具整体设计有利于提高气门阀座和导管孔的同轴度。同样采用了分体结构，液压连接，整体加工，便于加工精度保证和方便调整。针对3个刀具角度，选择刀片立装，均布在刀体周围，如图5所示，利用工艺手段保证了关键尺寸的加工精度要求。
图5 气门阀座和导管孔加工刀具
（3）精加工实现基准统一 铝制缸盖以毛坯顶面为基准定位，形成顶面的一面二销的精加工工艺基准。为平衡工序节拍，保证产量4000台/年的工艺能力，顶面的一面二销可重复利用，这样虽然实现了加工中的基准统一，但铝缸盖材质较软，重复定位会导致定位孔变形、丧失定位精度。如若采用短销和长销相结合的方式，定位孔相同但定位点不同，以上所提问题便迎刃而解。
结束语
1）对于加工方式和刀具设计等方面的改变，必须进行工艺验证和装机试验，对此进行了铝制缸盖生产线工艺试制和工艺验证。试制验证完成后，在公司技术中心试验室进行了铝制缸盖的装机和发动机台架试验，经过低温高速爆压超速试验、热冲击试验和600h可靠性试验，缸盖关键工序加工尺寸精度达到了试验要求。
[1] 宋振武，庄佩康. 机械制造工艺学[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1988.
[2] 缪伟民. 整体薄壁结构件数控加工变形控制技术进展[J]. 机械制造，2018，56（3）：1-3，27.
[3] 周泽华. 金属切削原理[M]. 上海：上海科学技术出版社，1993.
-End-
☞来源：金属加工 ☞编辑：高晨旭 ☞校对：王佳慧 ☞审核人：吴晓兰 ☞媒体合作: 010-88379790-801
投稿须知
《金属加工（冷加工）》杂志投稿范围：航空航天、汽车、轨道交通、工程机械、模具、船舶、医疗器械及能源行业的金属零部件的加工工艺方案、工装夹具设计/制造方案、刀具设计/加工方案、智能制造（编程设计、优化）方案，以及机械设备或者工具的维修与改造方案等。
投稿请联系：韩景春，010-88379790-518
投稿须知：请点击《金属加工（冷加工）》杂志投稿规范
