发动机零件

第1篇：发动机零件

浅析发动机箱体零件的同轴孔加工

【摘 要】随着科技的不断发展，发动机的类型不断增加，得到了更广泛的应用。汽车发动机的机体主要由气缸体、气缸盖、气缸垫以及曲轴箱组成，其中箱体零件的加工对发动机的安全运行非常重要，尤其是同轴孔加工，需要我们给予高度重视，不断加强相关研究，进一步完善箱体零件同轴孔加工工艺。文章中，首先对箱体结构、功用及箱体零件的加工原则等内容进行了阐述，然后进一步探讨了发动机箱体零件的同轴孔加工工艺，以供参考。

【关键词】发动机 箱体零件 同轴孔 加工工艺

引言

在箱体零件加工过程中，曲轴孔、凸轮轴孔及支架凸轮轴孔等零件的加工非常关键。随着技术的不断更新，箱体零件同轴孔的加工方法越来越多，在选择同轴孔加工方法时，一定要选择满足加工技术要求的先进加工工艺。同轴孔加工离不开刀具的使用，为了确保同轴孔加工精细度，一定要确保刀具的实用性及先进性。下面我们首先来了解一下有关箱体及箱体零件的内容，然后再来重点探讨发动机箱体零件同轴孔加工方法及加工工具。

1 发动机箱体及零件

1.1 发动机及箱体的定义

发动机来源于英国，也被称之为引擎，主要分为电动机、内燃机及外燃机三种类型，是完成机械能转化的一种装置，运用最多的是将化学能转化成机械能。发动机对于汽车来说非常重要，它是汽车运行的动力装置，运用的是将热能转化为机械能。在汽车发动机的结构中，汽缸体下面用来安装曲轴的结构便叫做曲轴箱，主要分为上曲轴箱和下曲轴箱。曲轴箱体起到了骨架的作用，箱体内外安装了发动机的重要零件，对发动机的安装及运行有着重要意义。

1.2 箱体的功用及箱体零件的加工

发动机作为汽车的主要组成部分，约占汽车质量的15%，而箱体零件作为发动机的基础部分，对汽车的安全运行有着重要作用。通常箱体类零件包括机床主轴箱、进给箱及变速箱体等，其结构相对复杂，加工质量要求又高，导致加工难度相对较大。在箱体零件加工过程中，平面的加工相对简单一些，大多箱体平面度控制在0.1mm-0.03mm之间。而孔的加工难度大、精细度要求高，一旦加工不符合相关要求，就会导致装配困难、减少齿轮寿命等问题。为此，我们不仅要保证支撑孔的尺寸符合要求，还要掌握好孔与孔之间、孔与平面之间的位置，一般要求支撑孔之间的孔距公差控制在0.12mm-0.05mm之间。

在发动机箱体零件加工过程中，即使加工相同类型的表面，其加工方法也有所不同。发动机的箱体表面加工要求不一样，其加工方法的选择主要取决于精度和粗糙度的要求，主要部分的加工方法及加工技术要求如表所示。一般情况下，对于箱体表面的加工多采用粗铣—精铣的步骤，对于孔的加工要根据技术要求进行，例如对于主轴孔进行加工时，可以采用粗镗—半精镗—精镗的加工方法。

2 探讨发动机箱体零件的同轴孔加工工艺

在进行箱体零件的同轴孔加工时，要先了解其技术要求，包括尺寸、形状、位置等方面。在箱体零件同轴孔加工过程中，一旦不能正确的选择加工方法、加工刀具等，就会容易出现同轴度存在误差、平行度误差、孔面较粗糙等问题。为此，需要我们清楚地了解箱体零件同轴孔的加工工艺技术特点后，再根据相关内容进行加工工艺安排。对于同轴孔加工的技术要求主要包括严格控制同轴度公差、降低表面粗糙度数值、控制位置度公差、减小垂直度公差、圆度公差允许值小等，下面我们来具体探讨一下同轴孔加工方法及工具。

2.1 箱体零件的同轴孔加工方法

在进行发动机箱体零件同轴孔加工的时候，我们发现同轴孔孔径排列不同，主要分为等径式和递减式，而轴承孔主要分为同轴孔系和平行孔系，我们要根据不同的加工要求和加工条件，选择合理的加工方法。如上图所示，同轴孔加工主要是对#5或#4轴承孔进行加工，而根据孔之间技术要求的差异，在进行加工工艺、加工设备、刀具等方面的选择时要符合相关要求。

在进行箱体零件同轴孔系和平行孔系加工时，多采用一面二销的定位方式，设备的选择依据产品的生产量、产品结构等因素。一般在进行大批量生产时选择CNC加工中心或者专机加工线，而进行小规模零件生产时则多利用镗床，选择镗模法、坐标法等，下面我们分别来了解一下CNC加工中心和专机加工线。

（1）CNC加工中心。在采用CNC加工中心时，我们可以充分地运用原有的设备，对夹具按照要求重新设计，这样以来就可以降低生产成本，提高新产品的经济效益。目前，CNC加工中心分为两种加工方式，下面我们分别来了解一下。

首先，利用CNC加工中心对同轴孔加工时，将工件定位在夹具中，采用两把刀具进行，确保同轴孔加工达到一定的要求。在选用镗把进行加工时，如果转速过低，就会影响产品生产效率，不适用于大规模生产中。在转速较高的情况下，一般长镗把没有牢固的支撑体系，镗把会受到一定的影响，从而影响孔径的精度，甚至会造成镗把脱离主轴的现象。为了解决相关问题，我们在进行等径同轴孔加工时，可以利用两把长短结合的镗把来进行加工，加工顺序要先利用短镗对#1、#2进行加工，加工完成后令其作支撑导向，然后再用长镗对#3、#4、#5进行加工，确保同轴度。其次，采用调头加工，通过将夹具旋转180度来进行同轴孔加工。采用这种加工方式时，同轴度的控制有一定难度，一旦编码器渗入液体容易导致误差的产生，从而使得孔与孔之间不在同一平行线上。为此，这种加工方式多适用于粗加工，而不能用于精加工。

（2）刚性专机加工线。刚性专机线加工也分为两种方式，一种是采用一根长镗把来进行加工，需要将工件孔外的托架对其头部辅助固定，利用该方式进行加工时要根据相应的顺序进行操作，为了确保加工质量，还要对托架和镗把进行定期检查、定期更新。另一种则是依靠机床转盘进行加工，该方式与CNC加工中心的调头加工类似，多适用于孔径的粗加工，需要将夹具旋转180度，进行双向加工，先用短镗加工三孔，然后再加工两孔。

2.2 箱体零件的同轴孔加工工具

箱体零件的同轴孔加工离不开刀具的使用，在选择刀具时，要根据其加工设备及加工方式等因素进行。同轴孔加工刀具主要是采用镗把，进行镗把选择时，要符合精度高、刚性好、安全性高、平衡性好等要求。目前，多采用长镗把和短镗把结合在一起进行同轴孔加工，一般选择想有支撑导条的镗把，有助于延长刀具寿命，提高加工精度。另外，刀片的变化也是刀具的一大特点，刀片多利用涂层处理，有助于加强其耐磨性、散热性，延长刀具寿命，而且对于刀片夹持的改进，有助于提高夹紧力，加快切削速度。

结语

综上所述，随着人们生活水平的不断提高，汽车越来越普及，对发动机的要求也越来越高。箱体作为发动机的重要组成部分，箱体零件同轴孔加工对发动机的运行尤为重要，一旦同轴孔加工过程中，同轴度不符合技术要求，不仅会影响到轴的装配工作，还会直接影响发动机的性能及使用寿命。为此，我们要不断加强箱体零件同轴孔加工工艺的研究，通过选择合理的加工方法，采用可靠性高的刀具，才能有效地确保箱体零件同轴孔加工质量。

参考文献

[1]徐跃增.箱体零件数控加工路线研究[J].制造业自动化，2011（02）.

[2]罗静，肖铁忠.发动机缸体曲轴孔加工专用镗床设计[J].制造技术与机床，2013（09）.

[3]罗静.发动机缸体双金属曲轴孔半精镗及精镗加工工艺[J].制造技术与机床，2013（08）.

[4]张亚萍.三点圆法实现工件坐标系的自动设定[J].组合机床与自动化加工技术，2009（06）.

作者：李菊生　吴明永

第2篇：探讨数控铣床在发动机轴类零件粗加工中的运用

摘 要：发动机零件具有易变形振动、形状结构复杂、加工精度高的特点，发动机轴类零件的粗加工技术直接关系着整体设备的运行效率，现阶段发动机轴类零件粗加工过程中主要为数控铣床加工模式，在数控系统发动机轴类零件粗加工过程中出现了一些问题，在一定程度上影响了整体发动机的稳定运行，因此本文就数控铣床在发动机轴类零件粗加工过程中出现的特点，对数控铣床粗加工工艺的应用进行了适当的分析。

关键词：数控铣床；发动机轴类零件；粗加工

前言

轴类零件是发动机的核心构件，其主要是由碳素结构钢、球磨铸铁等材质构成，对于发动机而言，由于轴类零件曲拐臂较长且开档宽度较大，对粗加工精度具有较高的要求，这就导致曲轴成为发动机工件加工过程中难度较大的加工工件之一，因此结合数控铣削加工工序对发动机轴类零件的粗加工工艺进行优化分析具有非常重要的意义。

1.数控铣床在发动机轴类零件粗加工特点

在20世纪初期进行发动机轴类零件加工过程中，大多选择多把车刀一次对轴颈圆角、侧面、外圆、台阶加工的形式，但是由于发动机轴类零件的特异性，在实际加工过程中需根据零件的不同部位采用多种加工工序，而多刀铣削加工余量较大且平衡块侧面不连续加工的形式，也导致各种问题的产生，如打刀、振动等，这就导致了整体铣刀工具不良概率多发，对整体轴类零件加工工具的使用年限造成了一定的影响。随后在发动机轴类零件粗加工工艺中有出现了了内铣削工艺、车削工艺、车拉工艺等、高速外铣削等相关工艺，其中数控外部铣削主要包括十字滑台、跟踪中心、润滑系统、油雾处理系统、数控系统等相关构件，通过相关构件的联动作用，可进行插补仿形铣削措施，便于轴类零件连杆颈、主轴颈的有效加工处理；而数控轴类零件内铣削则可分为数控十字滑台、摇臂偏心结构等两种类型。摇臂偏心结构主要是在主体工件固定的情况下，将所需的铣刀头在某个滑台单元出进行安装，从而保证整体平面位置插补联动铣削措施的稳定进行。摇臂偏心结构独特的固定支点摆动的方式，可在提升轴类零件加工刚性的同时，促使其进给量精度得到有效的控制。

基于发动机轴类零件对铣床加工效率及粗加工精度的要求，车削零件加工工艺一般应用与主轴颈加工工序，而轴向沉割槽一般可采用车——车拉加工工艺进行，且在轴类零件内铣削、高速外铣削加工过程中应尽量控制其在轴向沉割槽中的应用，铣削工艺可应用与轴类零件侧面加工工艺。在实际应用中数控铣床轴类零件加工具有柔性好、溫升地、效率高、换刀次数少等优良特点[1]。

2.数控铣床在发动机轴类零件粗加工中的应用措施

2.1数控铣床在发动机轴类零件加工过程中的加工调整

数控铣床在发动机轴类零件粗加工过程中的质量控制主要包括轴向尺寸、外圆跳动两个方面。其中在外圆跳动控制过程中，需保证主轴颈正常跳动，如在凸轮轴类零件加工过程中应控制中间位置主轴颈跳动距离小于0.21mm，避免加工后凸轮轴类零件轮廓误差大、相位不稳对键槽质量的影响。在实际凸轮轴类零件加工环节，大多在加工28件后，依据相关工件加工标准，对内部检测数据进行综合分析，从而得出最终差异数值，将其转化为极坐标方式后可通过在数控系统中的综合导入分析，进行适当数据补偿措施。若在轴类零件加工过程中，出现曲轴跳动误差，不仅会影响相位测量、相位加工及曲柄半径，而且会对相关轴类零件磨削质量造成一定的影响，基于内铣削干加工的特点，在其加工工序进行过程中会产生一定的铣削热量，从而导致铣削加工过程中局部轴类工件温度可在690℃以上，这就在很大程度上会阻碍内部毛坯工件应力的释放，继而促使内铣削工件出现瞬时跳动误差。针对这种情况可利用数控系统内部轴类零件误差数据的集中统计，进行轴颈偏心方位的适当调整，在获得具体的工艺跳动误差后进行参数补偿措施[2]。

轴类零件粗加工工序进程中，轴向尺寸可直接影响整体轴类工件的加工效果，基于轴类零件轴向公差数据较大的特点，可首先采用工件试加工的形式确定具体的加工零件坐标系位置。在止推轴径端面位置，可确定轴类零件加工轴向尺寸标准，然后在以往轴类加工工艺基准变化的基础上，利用测量系统、数控系统等将加工工艺标准与产品工艺标准进行有机整合，然后对轴类零件后续加工热处理变形影响情况进行综合分析，确定最终内铣削变形补偿数据。同时可通过设备系统温度变化曲线的设置，对工件加工变形与加工时间之间的变化趋势进行综合分析，便于整体热加工补偿措施的有效实施。

2.2数控铣床在发动机轴类零件加工过程中的运动形势

在曲颈内铣削加工工序中，主要以两端轴颈外圆为径向定位标准，然后结合曲柄臂侧、端口位置的位置确定，在三爪卡盘夹紧控制的基础上可为整体铣刀进给结构的在水平、竖直方向的往复加工工序提供动力。现阶段应用于发动机轴类零件粗加工工艺的数控铣床主要有摇臂机床、偏心机床、数控十字滑台三种类型[3]。其中摇臂铣床主要利用轴类零件内铣削的方式进行，其在实际加工工艺中可利用独特的摇臂式铣削头部，结合导向滑块运行，在铣削头部不同端口分别采用大口径轴承支撑、丝杠螺母驱动的方式，从而在维持轴类零件固定的情况下，实现动力头沿螺母方面进行上下重复加工措施，然后在水平螺母的带动下进行左右反复加工措施。

偏心机床结构主要是将整体铣刀盘安装在偏心体上，主轴为主要控制方面，而小轴承为主轴颈运行支撑机构，而偏心体则主要有齿型大偏心轴承为支撑结构，然后在旋转进给机构的驱动下可促使铣刀盘进行进给运动。

十字滑台机构的内铣削机床主要在轴类零件颈部表面切入时，利用刀盘对铣刀进给量进行控制，然后在轴类加工工件旋转360度后，可在数控系统的引导下进行圆周进给加工工序，在圆周进给刀盘再次旋转360度后即可获得粗加工完毕的轴类零件。

在上述数控铣床铣削加工类型中十字滑台加工工序经济较高，但是设备操作复杂程度也远大于其他两种类型，而偏心铣床结构操作较为简便，但是加工精度也较其他两种类型低。

2.3数控铣床在发动及轴类零件加工过程中的加工要点

在发动机轴类零件数控铣床加工过程中，数控轴类零件铣床主要包括主轴颈铣削头径向进给轴、主轴颈铣削头轴向进给轴、连杆轴颈铣削头轴向进给轴、连杆轴颈铣削头径向进给轴、工件旋转进给轴等几个部分[4]。在轴类零件铣床加工初期需要进行工件毛坯铣削两端、中心打孔措施，在轴类零件飞轮端及自由度加工完毕后可进行轴类零件铣床加工位面固定措施，然后从主轴颈、连杆轴颈、曲臂外形等几个方面开展粗加工工序。在具体的施工过程中可根据具体程度利用连杆轴颈铣刀、主轴颈铣刀进行相关轴径的铣削措施。其中中心支架需控制在连杆轴颈铣刀、主轴颈铣刀中心位置，然后通过已支撑完毕的主轴颈进行相关轴类工件刚性提升措施，最大程度的降低轴类零件铣削变形程度。由于轴颈铣削、曲颈外形铣削在实际加工过程中具有不同的形状，其在外部宽度、尺寸等方面具有适当区别，而不同的铣刀宽度直接决定了相关轴类零件的开档宽度，而铣削轴颈与曲拐臂侧面在实际加工作业过程中具有同步性，因此在实际加工过程中为了保证轴类零件粗加工的开档宽度符合需求，可控制主轴颈铣刀、连杆轴颈铣刀直径宽度在100.0mm，同时在铣刀刀盘位置可装设适当组数的不重磨硬质合金刀片，并利用机夹式立式加填措施降低轴类零件移动变形概率。在整体铣床加工过程中应控制铣削速度在每分钟110米左右，控制进给量再来每齿0.18毫米，为了保证铣削头稳定运行可在数控铣床外部进行刀片的及时更改安装。

此外，针对拐臂外形、轴颈铣削过程，需在数控铣床加工过程中选择不同的加工工序，结合相关轴类零件加工影响因素，需控制铣床铣削用量的变化，在三相電机运行的基础上，可通过铣削速度的调节调整轴类零件的加工余量，一般应控制铣刀加工速度在每分钟120.0米以下。

3.总结

综上所述，发动机轴类零件数据铣床加工的形式，受到了社会各界的极大关注。发动机轴类零件数据铣床加工工艺的有效应用，可弥补以往多铣刀加工模式效率低、加工精度不足的情况，为了进一步保证数据铣床加工工艺的有效应用，可根据具体零件加工基准，在热补偿原理的指导下，采取相应的参数补偿措施，保证发动机轴类零件粗加工质量。

参考文献：

[1]李阳. 数控车床加工铝合金零件的刀具研究[J]. 科教导刊：电子版， 2017（16）：173-173.

[2]穆宁. 机械螺纹类零件的数控机床加工技术探讨[J]. 中国新技术新产品， 2016（18）：69-70.

[3]刘永清， 杨志， 王辉. 数控机床加工工艺在橡胶零件生产中的创新性探究[J]. 橡塑技术与装备， 2016（18）：31-32.

[4]董玉杰， 曲海霞. 数控铣削中刀具半径补偿指令的应用[J]. 河南科技， 2016（23）：89-90.

作者：胡文玲

第3篇：刍议航空发动机典型零件加工技术及装备

摘 要：众所周知，航空发动机元构件对精密度有较高的要求，为此，一线技术人员要创新产品交工模式，减小误差，提高零件加工效率与质量等级。本文首先简要论述了航空发动机典型零件的基本特征，以刀具技术与数控设备为切入点展开深度探究。

关键词：航空发动机;典型零件;刀具技术;数控设备;

1、简述航空发动机的基本特征

为提高航空发动机性能安全稳定性，在完善设计水平的基础上，要优选材料、高效应用创新工艺、优化结构设计。据业内调查可知，材料与制造工艺在强化航空发动机性能方面所占据的比例在50%-70%之间。随着现代科技水平的提高与领域创新，航空发动机制造工艺逐步趋向高效化、智能化、集成化方向发展，且发动机材料也更加轻量化、预制化、经济化，耐受性能进一步得到完善。航空发动机材料与制造工艺的基本特征如下所述：

1.1材料强度与耐高温水平不断提高，元构件承载负荷能力增强，各类超高温合金材料层出不穷，且尖端制造技术取得了实质性突破，这在一定程度上为提升发动机性能稳定性创造了有利条件。

1.2整体结构轻量化、精密化，制造工艺高效化、经济化，这使得发动机部件质量不断减轻，并缩短了生产加工周期，节约成本投入。

1.3元构件制造工艺的应用日趋完善，复合型材料普及优化，为航空航天事业的发展奠定了坚实基础。

1.4涂层技术与制造技术广泛推广应用，为第五代发动机的发展指明了方向。

2、综合论述航空发动机刀具技术的实际需求

顾名思义，刀具是规律性切削加工的核心器具，在航空材料加工领域发挥着不可替代的作用。优质的航空产品要求航空元构件具有稳定的性能，兼备节能环保性，且价格低廉。针对加工工艺来说，要具备高效性、可靠性与可再现性等特征。

航空钛合金与耐高温合金元件结构复杂、对尺寸与表层粗糙度等有特殊性要求，进一步提高了对切削工具高效性、精确性与安全性的要求。传统刀具已无法切实满足航空发动机加工需求，为此，现代刀具逐步向着高效化、高精度化、高专业化方向发展。

创新型航空材料种类繁多，如弥散强化钛合金、粉末高温合金等，凭借其优势，被广泛应用到航空发动机加工领域，并取得了卓越的成效。为此，深入研究各类钛合金材料切削工艺，强化切削加工性能，积极开发多元化专业刀具材料势在必行。

针对航空发动机零构件，如风扇机匣、涡轮机匣、叶轮及叶片等，研发一系列兼具高效性、精密性与安全性的专业刀具，包括车、钻、拉等。创新刀具技术应当立足于构建完整的道具分析模型，逐步优化模型数据参数，开展精准化设计研究。总而言之，只有确保刀具性能稳定、精密度符合标准，才能切实满足加工需求。

3、航空发动机典型元件加工对数控设备的专业化要求

航空制造业对零件加工效率与精密度的标准要求不断提高，为推进机床技术的创新发展奠定了坚实基础。复合加工运作模式与多轴联动数控机床的问世与服务主体对象的实际需求紧密相关。总之，机床的发展方向如下所述：

3.1自动化程度高，要求机床设备具有数字化、前沿化特征，且自动化水平较高。

3.2集成化水平高，附加设备有限，能够实现各类创新工艺的协调配合。

3.3设备通用性、实用性程度高，可满足各类加工模式的实际需求。

3.4设备高效化、高精度化特征突出，且核心技术应用成熟。

3.5设备稳定性高，出现紧急故障的概率在合理范围内。

4、深入探究航空发动机典型零件加工技术

4.1严格控制发动机零件材料，优化设计方案

在航空发动机典型零件加工生产过程中，一线技术人员可优先使用复合材料零件。在切削加工零件时，加入具有一定性能的原材料，可进一步降低切削难度系数。例如，在切削加工发动机零件时，添加钨可提高材料耐高温性能，添加钼可提高材料的韧性与强度标准，强化发动机零件的使用效果。但是，在发动机典型零件加工中添加合金元素，一线技术人员应当加大对材料导热系数不规律下降的重视度。在制定零件加工方案时，综合考量零件的冲击韧度与抗拉强度，确保材料选择的合理性。

通常，发动机轴多使用QT700材料及虚拟性加工，缸盖多选用ZL101材料。在处理零件的过程中，可依托三维立体模型优化零构件加工的各项细节。根据加工设计的标准确定零件处理工序，选择对应的机床类型提高加工效率与精确性。使用CAD模型处理方法对发动机零件加工设计方案进行数字化处理。建立单个典型精密零件的CAD模型特征信息表，具体包括典型零件加工工艺特征、技术规范与制造资源库容量信息等，以此为基准，快速读取零件的几何特征信息，进而确保切削参数设定的精确性。

4.2加大对核心零件加工设计的重视，选择适宜的道具装备

发动机缸盖的加工内容主要包括切削进气门座圈、切削导管、加工上平面螺纹，针对此，专业技术人员应当选择特定的切削装备与刀具材料。在应用加工技术的过程中，技术人员应严格控制每齿进给量和每转进给量，根据切削零件的进给量调整刀具运转速率。在控制主轴转速的过程中，技术人员要综合考量加工余量与耐用度，尽可能的提高典型零件的断裂韧度与抗弯强度。在整个航空发动机构造体系中，凸轮轴属于最基础且最重要的零构件，其加工材料多为HT250型材料，且抗拉强度指标参数为250MIN/MPa。由于其耐高温性能较差，抗拉强度承受能力偏低，在高温状态下极易发生形变，因此，对航空发动机凸轮轴构成材料的力学性能有特殊性要求。各项基础指标如下：

其伸长率与导热系数最低标准分别为0.5%0.580W/cm-k。除凸轮轴外，曲轴、缸盖、连杆等也属于航空发动机的典型零件。针对典型零件的加工技术来说，其核心在于选择适宜的刀具材料与切削装备，最大限度的保证加工效率与精确性。

4.3动态监控涂装技术应用，严格检查加工生产细节

根据零件的尺寸参数选择适宜的精铣端面槽，并严格遵守标准规范使用镗床加工镗精密孔，全面且細致的检查发动机典型零件的孔径。专业技术人员可采用三维坐标测量仪等检查预加工零件的尺寸，及时发现零件加工环节存在的问题，将加工半成品零件运送到车铣复合加工中心进行集中处理。通常情况下，航空发动机零件的半成品需要加装涂层，并结合不同零构件的具体应用特征选择适宜的涂层。TiN类的发动机零件为金黄色，经专业测定，其硬度标准在1800-2300H之间，其符合低速状态下采取通用涂装技术的基本需求。TiN类发动机零件呈紫黑色，且硬度标准较高，符合高速状态下采取通用涂装技术的基本需求。此种材料在结构复杂的航空零件加工体系中被广泛应用，并取得了显著的成效。

结束语：

综上所述，在发动机典型零件加工过程中，专业技术人员需制定合理的加工方案，高效应用创新型切割装备，以提高加工效率与精确性。此外，技术人员要根据装备的性能与典型零件的设计模型建立材料特征库，在零构件加工过程中自动调用加工工艺。在典型零件的后置处理过程中，技术人员可根据工件材料的基本特征，参考机床数据库，进而利用数控机床控制面板调整刀具运行轨迹。

参考文献：

[1]潘磊，翟莹莹.航空发动机典型零件加工技术及装备探讨[J].中国新技术新产品.2017(04)

作者：孙巍 李澄 龚天才 孙升志

第4篇：发动机典型零件工艺分析

发动机厂典型零件的结构及其工艺分析

1 汽车发动机缸体加工工艺分析

1.1 汽车发动机缸体结构特点及其主要技术要求

发动机是汽车最主要的组成部分，它的性能好坏直接决定汽车的行驶性能，故有汽车心脏之称。而发动机缸体是发动机的基础零件，通过它把发动机的曲柄连杆机构(包括活塞、连杆、曲轴、飞轮等零件)和配气机构(包括缸盖、凸轮轴、进气门、排气门、进气歧管、排气歧管、气门弹簧，气门导管、挺杆、挺柱、摇臂、摇臂支座、正时齿轮)以及供油、润滑、冷却等机构联接成一个整体。它的加工质量会直接影响发动机的性能。 1.1.1缸体的结构特点

由于缸体的功用决定了其形状复杂、壁薄、呈箱形。其上部有若干个经机械加的穴座，供安装气缸套用。其下部与曲轴箱体上部做成一体，所以空腔较多，但受力严重，所以它应有较高的刚性，同时也要减少铸件壁厚，从而减轻其重量，而气缸体内部除有复杂的水套外，还有许多油道。 1.1.2缸体的技术要求

由于缸体是发动机的基础件，它的许多平面均作为其它零件的装配基准，这些零件之间的相对位置基本上是由缸体来保证的。缸体上的很多螺栓孔、油孔、出砂孔、气孔以及各种安装孔都能直接影响发动机的装配质量和使用性能，所以对缸体的技术要求相当严格。现将我国目前生产的几种缸体的技术要求归纳如下：

1)主轴承孔的尺寸精度一般为IT5～IT7，表面粗糙度为Ral6—0.8μm，圆柱度为0.007~0.02mm，各孔对两端的同轴度公差值为￠0.025～0.04mm。

2)气缸孔尺寸精度为IT5～IT7，表面粗糙度为Ral.6～0.8μm，有止口时其深度公差为0.03～0.05mm，其各缸孔轴线对主轴承孔轴线的垂直度为0.05mm。

3)各凸轮轴轴承孔的尺寸精度为IT6～IT7，表面粗糙度为Ra3.2～0.8μm，各孔的同轴度公差值为0.03～0.04mm。

第 1 页

第 2 页 4)各凸轮轴轴承孔对各主轴承孔的平行度公差值为0.05～0.1mm。 5)挺杆尺寸精度为ITO~IT7，表面粗糙度为Ral.6~0.4m,且对凸轮轴轴线的垂直度为0.04～0.06mm。

6)以上各孔的位置公差为0.06～0.15mm。

7)顶面(缸盖的安装基面)及底面的平面度为0.05～0.10mm，顶面的表面粗糙度为Ral.6～0.8μm，且对主轴承中心线的尺寸公差为0.1~0.15mm。

8)后端面(离合器壳安装面)粗糙度为Ra3.2～1.6μm，且与主轴承孔轴线垂直度为0.05～0.08mm

9)主轴承座接合面粗糙度为Ra3.2～1.6μm，锁口的宽度公差为0.025～0.05mm。

1.2 缸体的材料和毛坯制造

1.2.1缸体的材料

根据发动机的原理可以知道缸体的受力情况很复杂，需要有足够的强度、刚度，耐磨性及抗振性，因此对缸体材料有较高的要求。缸体的材料有普通铸铁、合金铸铁及铝合金等。我国发动机缸体采用HT200、HT250灰铸铁、合金铸铁和铝合金。灰铸铁具有足够的韧性和良好的耐磨性，多用于不镶缸套的整体缸体。由于价格较低，切削性能较好，故应用较广。近年来随着发动机转速和功率的提高，为了提高缸体的耐磨性，国内、外都努力推行铸铁的合金化，即在原有的基础上增加了碳、硅、锰、铬、镍、铜等元素的比例，严格控制硫和磷的含量，其结果不仅提高了缸体的耐磨性和抗拉强度，而且改善了铸造性能。 用铝合金制造缸体，不但重量轻、油耗少，而且导热性、抗磁性、抗蚀性和机械加工性均比铸铁好。但由于铝缸体需镶嵌铸铁缸套或在缸孔工作表面上加以镀层，原材料价格较贵等原因，因此其使用受到一定程度的限制。 1.2.2缸体的毛坯制造

由于缸体内部有很多复杂的型腔，其壁较薄(最薄达3～5mm)，有很多加强筋，所以缸体的毛坯采用铸造方法生产。而铸造过程中需用很多型芯，因此不论是造型过程还是浇注过程，都有很严格的要求。

铸造缸体毛坯的主要方法有，砂型铸造(多触点高压有箱造型)，金属型

第 3 页 铸造、压力铸造、低压铸造等。缸体的浇注形式为卧式浇注，仅用两个砂箱，其型芯定位较为困难，所以容易引起毛坯尺寸及位置的偏移。在机械加工以前，需经时效处理以消除铸件的内应力及改善材料的机械性能。我国大多数汽车制造工厂还要求在铸造车间对缸体进行初次的水套水压试验1～3min，不得有渗漏现象。

关于缸体铸造毛坯的质量和外观，各厂都有自己的标准。例如对非加工面不允许有裂纹，缩孔、缩松及冷隔，缺肉、夹渣，粘砂、外来夹杂物及其它降低缸体强度和影响产品外观的铸造缺陷，特别是缸孔与缸套配合面，主轴承螺孔内表面、顶面、主轴承装轴瓦表面不允许有任何缺陷。

缸体毛坯的质量对机械加工有很大的影响，归纳起来表现在以下三个方面： 1)加工余量过大，不但造成了原材料利用率降低及浪费机加工时，而且还增加了机床的负荷，影响机床和刀具的寿命，甚至要增加生产面积和机床台数，使企业投资大为增加。

2)飞边过大会造成与加工余量过大的同样后果。由于飞边表面硬度较高，将导致刀具耐用度降低。

3)由于冷热加工定位基准不统一，毛坯各部分相互间酌偏移会造成机械加工时余量不均匀，甚至报废。

1.3 缸体的结构工艺性分析

1.3.1缸体的主要加工表面

1)缸体属于薄壁型的壳体零件，在夹紧时容易变形，故不但要选择合理的夹紧点，而且还要控制切削力的大小。

2)由于孔系的位置精度较高，故在加工时需采用相对的工序集中方法，这样就需要高效多工位的专用机床。

3)因缸体是发动机的基础零件，紧固孔、安装孔特别多，需要用多面组合的组合钻床和组合攻丝机床来加工。

4)一些关键部位的孔系尺寸精度较高，其中有相当一部分孔须经精密加工，这在大量生产条件下生产率和生产节拍也是一个很关键的问题，所以要安排成多道工序的加工。

5)缸体上有各个方向的深油道孔，加工时会造成排屑困难、刀具易折断、

第 4 页 孔中心线歪斜、生产节拍较长等问题。因此对深孔应采用分段加工，对交叉油道应先加工大孔后加工小孔，也可采用枪钻进行加工。

6)斜面和斜孔的加工要采用较特殊的安装方法或采用特殊的设备。 7)由于缸体各个接合面面积较大，且有较高的位置精度和粗糙度的要求，一次加工不可能满足要求，因此要划分成几个加工阶段。

8)由于缸体的加工部位多、工艺路线长、工件输送又较难处理、使生产管理上较繁杂，因而导致了生产面积和投资的增大。

9)缸体加工过程中还穿插着必要的装配瓦盖和飞轮壳工序，这在大批量生产中应该合理地安排。

10)由于缸体加工部位较多，加工要求较高，所以检验工作比较复杂。 11)由于缸体形状复杂，螺孔很多，油道多面深且交叉贯通，因此清洗问题要予以足够的重视。

12)缸体各部分尺寸的设计基准不可能完全一致，故在加工时要充分考虑因基准不重合而造成的误差，必要时可考虑变更定位基准。 1.3.2缸体加工工艺过程应遵循的原则

缸体形状复杂且有厚度不同的壁和筋，加工精度又比较高，因此，必须充分注意加工过程中由于内应力而引起的变形。在安排工艺过程时应遵循以下原则;

1)首先从大表面上切去多余的加工层，以便保证精加工后变形量很小。 2)容易发现零件内部缺陷的工序应安排在前面。

3)把各个深油孔尽可能安排在较前面的工序，以免因较大的内应力而影响后续的精加工工序。

1.4 定位基准的选择

1.4.1粗基准的选择

缸体属于箱体类零件，形状比较复杂、加工部位较多，因此选择粗基准时应满足两个基本要求，即使加工的各主要表面(包括主轴承孔、凸轮轴孔、气缸孔、前后端面和顶、底面等)余量均匀和保证装入缸体的运动件(如曲轴、连杆等)与缸体不加工的内壁间有足够的间隙。

缸体加工的粗基准，通常选取两端的主轴承座孔和气缸内孔。如果毛坯的

第 5 页 铸造精度较高，能保证缸体侧面对气缸孔轴线的尺寸精度，也可选用侧面上的几个工艺凸台作为粗基准，这样便于定位和夹紧。

由于缸体毛坯有一定的铸造误差，故表面粗糙不平。如直接用粗基准定位加工面积大的平面，因切削力和夹紧力较大，容易使工件产生变形，同时由于粗基准本身精度低，也容易因振动而使工件产生松动。通常是采用面积很小、相距较远的几个工艺凸台作为过渡基准。

10-5c所示为先以粗基准定位加工过渡基准，然后以过渡基准定位加工精基准。图l0-5a表 示毛坯侧面上的工艺凸台，底面法兰台及60°缺口。首先在铸造车间以第一，七主轴，承座孔和第一气缸孔为粗基准进行定位，从第

一、六气缸孔的上部平面压紧，铣出侧面上的几个工艺凸台(过渡基准)，如图l0-5b所示，然后在机加工车间以侧面的工艺凸台及底面法兰中的两个凸台定位，初铣顶面和底面(底面为精基准)，如图10-5c所示。再以底面和靠近底面的两个工艺凸台及法兰上铸出的缺口定位，钻、铰两个工艺孔(精基准)，如图l0-5d所示。所以，缸体加工过程中选用的粗基准是第

一、七主轴承座孔;第一气缸孔、底面的两个法兰凸台及60°缺口。

1.4.2精基准的选择

在选择精基准时，应考虑如何保证加工精度和安装方便。大多数缸体的精基准都选择底面及其上的两个工艺孔，其优点是：

1)底面轮廓尺寸大，工件安装稳固可靠。

2)缸体的主要加工表面，大多数都可用以作为基准，符合基准统一原则，减少了由于基准转换而引起的定位误差。例如主轴承座孔、凸轮轴轴承孔、气缸孔以及主轴承座孔端面等，都可用它作为精基准来保证位置精度。

3)加工主轴承座孔和凸轮轴轴承孔时，便于在夹具上设置镗杆的支承导套，能捉高加工精度并能捉高切削用量。

4)由于多数工序都以此作为基准，各工序的夹具结构大同小异，夹具设计、制造简单，缩短了生产准备周期，降低了成本。由于采用单一的定位基准，可避免加工过程中经常翻转工件，从而减轻了劳动量。

底面作为精基准也有一些缺点：

1)用底面定位加工顶面时，必然存在基准不重合产生的定位误差，难以保

第 6 页 证顶面至主轴承座孔轴线的距离公差(用来保证压缩比)。

2)加工时不便于观察切削过程。

也有采用顶面为精基准的，其优缺点大致与上述相反。主轴承座孔轴线虽然是设计基准，但由于其半圆孔结构和装夹不方便，所以当前国内生产中很少用作精基准。近年来国外已开始采用主轴承座孔作为精基准。

1.5 加工阶段的划分和加工顺序的安排

1.5.1 加工阶段的划分

缸体的加工可划分为四个阶段：

1)粗加工阶段

该阶段主要是去除各个加工表面的余量并做出精基准，其关键问题是如何提高生产率。

2)半精加工阶段

该阶段主要是为最终保证产品和工艺要求作好准备，对于某些部位也可以由粗加工直接进入精加工而不用半精力旺，缸体上的主要孔系的加工例如主轴承孔、凸轮轴孔、缸孔、挺杆孔等都有半精加工阶段。

3)精加工阶段

该阶段主要是保证缸体的尺寸精度、形状精度、位置精度及表面粗糙度，是关键的加工阶段。缸体上大多数加工部位，经过这一加工阶段都可完成。

4)精细加工阶段

当零件上某些加工部位的尺寸、形状要求很高，表面粗糙度值要求很低，用一般精加工手段较难达到要求时，则要用精细加工。由于精细加工的余量很小，只能提高尺寸精度和形状精度以及表面质量，而对位置精度的提高见效甚微。缸体上的不镶套缸孔及主轴承座孔常有精细加工的要求。 1.5.2缸体工序顺序的安排

由于缸体形状复杂，且有厚度不同的壁和筋在加工过程中由多种原因造成的内应力易使工件产生变形。因此，加工时应遵循以下原则：

1)首先从大表面切去大部分加工余量，以保证精加工后零件的变形最小。 2)切削力大、夹紧力大以及易发现零件内部缺陷的工序应安排在前面进行。 3)由于加工深油孔时容易产生内应力，安排时要注意对加工精度的不利影响。

4)正确地安排密封试验、衬套和轴承等的压装以及清洗检验等非加工工序。

第 7 页 从表10-1可以看出，缸体加工顺序的安排有下面几个特点：

1)用作精基准的表面(底面及两个工艺孔)代先加工，这样使以后的加工都有一个统一的工艺基准，这不但对于简化设备工装及方使运输带来好处，而且为减少工件的定位误差提供了必要条件。

2)按照先粗后精的原则尽量把零件加工划分成几个阶段，这样有利于在加工过程中消除内应力，以限制工件在加工过程中的变形量。

3)按加工顺序便于零件进行加工。由于缸体形状复杂，输送比较困难，特别是在大量生产条件下，尽可能减少零件的转动，以免增加装置。

4)合理地安排检验工序。将其安排在粗加工阶段结束之后，装瓦盖和装飞轮壳之前。在自动线生产中每段自动线最后一个工位往往是检验，这样可防止不合格的半成品流入后面的自动线。

1.6 主要加工工序的分析

1.6.1第一道工序

拉削加工：拉削平面是一种高效率、高精度的加工方法，主要用于大量生产中。这是因为拉刀削平面的生产率很高，这是因为拉刀或工件的移动速度比铣削的进给速度要快得多。拉削速度一般为8～10m/min，而铣削时工作台的进给量一般小于1000mm/min。拉刀可在一次行程中去除工件的全部余量，而且粗精加工可一次完成。拉削的精度较高，这是因为拉刀各刀齿的负荷分布良好，修光齿(校准齿)能在较佳的条件下工作，切削速度低，刀齿的使用寿命高。此外，拉床只有拉力(或工件)的移动，因此运动链简单，机床的刚度高。拉削平面的精度最高可达IT7，表面粗糙度为砌3.2～1.6mm。

拉削不但可以加工单一的、敞开的平面，也可以加工组合平面，在发动机零件的加工中得到了广泛地应用。若用拉刀加工缸体主轴承座孔分离面(对口面)和锁口面，既满足了高的生产率也保证了组合平面间的位置和尺寸精度，所以在国内外汽车制造业中被广泛采用。

第 8 页

上图是拉削EQ6100型汽油机缸体平面用的卧式双向平面拉床示意图，该拉床是我国自行设计和制造的，全长23m、宽7.1m、高3.6m、重230t、额定拉力为450kN、行程9m.它能自动完成装卸缸体、定位夹紧、回转、翻转等工序，实现自动循环并附有排屑和吸尘装置。

缸体毛坯用推料器通过上料辊道推上第一工位回转夹具，自动夹紧后，该夹具回转90°，刀具溜板由无极变速的电动机组通过丝杠螺母机构驱动。

该机床共有刀片3000多片，拉削速度最高达到25～30m/min并实现无级变速，实际应用为7～8m/min，机床主电机功率为250kW。这种平面拉床用来加工缸体其生产效率很高，质量也非常稳定。它可以替代双面或单面组合铣床10台以上，因此占地面积大为减少，但耗电量大、刀具制造和调整比较困难，较复杂，所以投资和生产费用较大。

下拉刀全长7.55m，共分六级，对底面及锁口面进行粗拉，精拉，对半圆面进行粗拉，对口面进行半精拉及粗拉。底面拉刀采用分屑拉削法，镶以硬质合金不重磨刀片，共48齿，齿升量为0.2mm，切削余量为4.8mm。半精拉及精拉的部分采用不重磨刀片，共24齿，齿升量为0.2～0.05mm，包含三个修光齿，切削余量为1.7mm。对口面拉刀采用层剥法，共48齿，齿升量为0.2～0.05mm，切削余量为5.63 mm。半圆面拉刀采用两齿一组的分屑拉削法，共54齿，每组齿升量为0.2—0.1lmm，切削余量为4.75mm。锁口面拉刀也是采用两齿一组的

第 9 页 分屑拉削法，共54齿，每组齿升量为0.2～0.13mm，切削余量为4.25mm。

上拉刀全长5.04m，顶面拉刀采用两齿一组的分屑拉削法，共72齿，每组齿升量为0.25 ～0.1mm，切削余量为5.75mm。窗口面拉刀采用层剥法，共64齿，齿升量在0.1mm以下，切削余量为5.7mm。

缸体拉削后，底面和顶面的平面度均不超过0.05mm/50mm,底面全长不超过0.lmm，顶面全长不超过0.2mm，所有加工尺寸精度均不超过±0.15mm范围。

下图所示为该机床拉削缸体各表面位置图。下拉刀拉削机体底面

1、锁口面

2、对口面3及半圆面4，然后第一工位回转夹具复位，由另一个推料器推入翻转装置，回转180°后被推入第二工位回转夹具。定位、夹紧后回转90°，刀具溜板作反向行程拉削，由上拉刀加工顶面5及窗口面6。加工以后第二工位回转夹具复位，机体被推出，由辊道送至下一道工序。

1.6.2孔及孔系加工

缸体主要加工的孔是缸孔、主轴承孔、凸轮轴孔及挺杆孔等，这些孔的直径较大、孔较深、尺寸精度和表面质量要求较高，这些孔所组成的孔系均有较严格的位置精度要求，因此给加工带来较大的困难。另一方面缸体中还有很多纵横交叉的油道孔，虽然其尺寸精度、位置精度及表面质量要求不高，但孔深较大，在大量生产条件下也成为一大难题。

第 10 页 缸孔的加工：缸孔的质量对发动机基本性能有很大影响，其尺寸精度为IT5～7，表面 粗糙度为Ral.6～0.8mm，各缸孔轴线对主轴承孔的垂直度0.05mm，有止口的深度公差为0.03～0.05mm，所以缸孔加工是难度较大的加工部位。加工时应注意以下几点：

一是缸孔的粗加工工序应尽量提前，以保证精加工后零件变形最小并及早发现缸孔内的铸造缺陷，最大限度减少机械加工的损失。

二是缸孔的精加工或最终加工应尽量后移，以避免其它表面加工时会导致缸体零件的 变形。其三是为保证工作表面的质量和生产效率，珩磨余量要小。缸孔的加工分为：

(1)粗镗缸孔： 其主要目的是从缸孔表面切去大部分余量，因此要求机床刚性足、动力性好。常采用镶有四片或六片硬质合金刀片的镗刀头，切削深度较大，在其直径方向上为3～6mm，因此容易产生大量的切削热，使工件和机床主轴温度升高。为防止这种情况的发生，有的工厂为减小切深将缸孔分为二次或三次加工，冷却主轴，以便减少缸体的变形。在大批量生产中，多采用多轴同时加工四缸或六缸，因此切削扭矩较大。为了改善切削条件，新设计的组合镗床已采用不同向旋转的镗杆和立式或斜置式刚性主轴。

(2)半精镗缸孔： 加工时使用装有多片硬质合金刀片的镗刀头，在镗杆上部设有一个辅助夹持器，其上装有倒角刀片。当半精镗缸孔的工作行程接近结束时，倒角刀片在缸孔上部倒角。

(3)精镗缸孔： 精镗时通常采用单刀头，目前在进口的机床中已普遍采用自动测量与刀具磨损补偿装置，使测量与补偿有机的联系，且由机床内部自动完成。如图10-12所示为某厂引进的缸孔精镗刀具，加工时第一把作为半精镗的刀头由刀杆中固定镗削缸孔，切削深度为总余量的2/3～3/4，行程终了时刀杆上部的刀头在缸孔上端倒角，然后楔块经液压缸驱动使第二把作为精镗的刀头伸出，并在镗削主轴返回行程中对缸孔精镗加工，其切削，深度为0.15mm左右。

(4)缸孔的珩磨： 珩磨是保证缸孔质量和获得表面特性的重要工序。它不仅可以降低加工表面的粗糙度，而且在一定的条件下还可以提高工件的尺寸及形状精度。

缸孔珩磨的工作原理如图10-13所示，珩磨加工时工件固定不动，圆周上

第 11 页 装有磨条并与机床主轴浮动连接的珩磨头作为工具，在一定压力下通过珩磨头对工件内孔表面的相对运动，从加工表面上切除一层极薄的金属。加工时，珩磨头上的磨条有三个运动，即回转运动、轴向往复运动和垂直加工表面的径向进给运动。前两个运动的合成使磨粒在加工表面上的切削轨迹呈交叉而又不重复的网纹。

为了提高珩磨效率，在珩磨缸孔时采用8～10个磨条替代过去的4～6个磨条，这样就可很快地去除珩磨余量，作用于孔壁上的压力较小也较均匀，所以珩磨时发热少，可提高磨条的寿命。当珩磨余量较大时，也可分为粗珩和精珩。粗珩余量为0.05～0.07mm，使用较软的磨料，自励性好，切削作用强、生产率较高，但加工表面易划伤。精珩时余量为5～7mm，选用硬的磨条，可用120#～280#或W28~W14，当然也可采用价格较贵的金刚石磨条。珩磨时，采用煤油作为冷却润滑液。

用金刚石磨条珩磨铸铁缸孔时，为了减少珩磨时的发热量和改善磨条与工件表面的摩擦，使用煤油作为冷却液。近年来国内外已逐步采用水来代替油巳取得了相同的效果，不仅降低了珩磨成本，珩磨后还不需清洗。

2 汽车变速箱体加工工艺分析

2.1 汽车变速箱体及其工艺特点

汽车变速箱体是变速箱的基础零件。它把变速箱中的轴和齿轮等有关零件和机构联接为一整体，使这些零件和机构保持正确的相对位置，以便其上各个机构和零件能正确、协调一致地工作。变速箱体的加工质量直接影响变速器的装配质量，进而影响汽车的使用性能和寿命。

变速箱体属平面型(非回转体型)薄壁壳体零件，尺寸较大，结构复杂，其上有若干个精度要求较高的平面和孔系，以及较多的联接螺纹孔。其主要技术要求如下：

(1)主要轴承孔的尺寸精度不低于IT7。

(2)孔与平面、孔与孔的相互位置公差。

①前端面T1为变速箱的安装基面，它对O1轴的端面全跳动公差为0.08mm。后端面T2为安装轴承盖用，要求稍低，它对O1轴的端面圆跳动公差为0.1mm。

第 12 页 ②取力窗口面T4对O2轴的平行度公差为0.08mm，其公差等级为IT8～IT9级. ③三对轴承孔中心线间的平行度公差为0.06mm，其公差等级约为IT6～IT7级,它与齿轮传动精度及齿宽等因素有关。

(3)主要孔中心距偏差为±0.05mm.由齿轮传动中心距离偏差标准规定。 (4)主要轴承孔表面粗糙度为Ra1.6μm。装配基面、定位基面及其余各平面的表面粗糙度为Ra3.2μm。

(5)各表面上螺孔位置度公差为￠0.15mm。

2.2 变速箱体的材料和毛坯

该变速箱体的材料为HT150。由于灰铸铁具有较好的耐磨性、减振性和良好的铸造性、可加工性，而且价格低廉，所以它是箱体类零件广泛采用的材料。

分型面如图所示为平直面，比阶梯分型面造型简单，但由于分型面未通过O

1、O2轴承孔中心线，因而毛坯孔有两段1°～3°的拔模斜度，使毛坯孔不圆，导致余量不匀。由于孔的余量较大(单边余量为4.0mm)经过四次切削，毛坯复映误差对加工精度影响不大。

上盖面与前、后端面T1，T2的最大加工余量为4.5mm;两侧窗口面余量为3mm;各主要轴承孔均铸出，直径余量为8mm。倒档孔、油塞孔和加油孔等其孔径在30mm以内，均不预先铸出毛坯孔。所有加工余量的偏差为土2.0mm。

3 汽车发动机连杆加工工艺分析

3.1 汽车发动机连杆结构特点及其主要技术要求

连杆是汽车发动机中的主要传力部件之一，其小头经活塞销与活塞联接，大头与曲轴连杆轴颈联接.气缸燃烧室中受压缩的油气混合气体经点火燃烧后急剧膨胀，以很大的压力压向活塞顶面，连杆则将活塞所受的力传给曲轴，推动曲轴旋转。

连杆部件由连杆体，连杆盖和螺栓、螺母等组成。在发动机工作过程中，连杆要承受膨胀气体交变压力和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的重量，以减小惯性力。连杆杆身的横截面为工字形，从大头到小头尺寸逐渐变小。

第 13 页 为了减少磨损和便于维修，在连杆小头孔中压入青铜衬套，大头孔内衬有具有钢质基底的耐磨巴氏合金轴瓦。

为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大。因此，在连杆部件的大、小头端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称重后切除不平衡质量。

连杆大、小头两端面对称分布在连杆中截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等。

连杆小头的顶端设有油孔，发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，气缸体下部的润滑油可飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头铜衬套与活塞销之间的摆动运动副。

连杆上需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其两端面，连杆体与连杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等.连杆总成的技术要求如下：

(1)为了保证连杆大、小头孔运动副之间有良好的配合，大头孔的尺寸公差等级为IT6，表面粗糙度Ra值应不大于0.4μm，小头孔的尺寸公差等级为IT5，表面粗糙度Ra值应不大于0.4μm。对两孔的圆柱度也提出了较高的要求，大头孔的圆柱度公差为0.006mm，小头孔的圆柱度公差为0.00125mm。

(2)因为大、小头孔中心距的变化将会使气缸的压缩比发生变化，从而影响发动机的效率，因此要求两孔中心距公差等级为IT9。大、小头孔中心线在两个相互垂直方向上的平行度误差会使活塞在气缸中倾斜，致使气缸壁唐攒不均匀，缩短发动机的使用寿命，同时也使曲轴的连杆轴颈磨损加剧，因此也对其平行度公差提出了要求。

(3)连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大，将加剧连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两端面之间的磨损，甚至引起烧伤，所以必须对其提出要求。

(4)连杆大、小头两端面间距离的基本尺寸相同，但其技术要求不同。大头孔两端面间的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra值应不大于0.8μm;小头两端面间的尺寸公差等级为ITl2，表面粗糙度Ra应不大于6.3μm。这是因为连杆大头两墙面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间投有配合要求。连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面距离尺寸的公差带中，这将给连杆的加工带来许多方便。

第 14 页 (5)为了保证发动机运转干稳，对连杆小头(约占连杆全长2/3)的质量差和大头(约占全长的1/3)的质量差分别提出了要求。为了保证上述连杆总成的技术要求，必须对连杆体和连杆盖的螺栓孔、结合面等提出要求。

3.2 汽车发动机连杆的材料和毛坯

连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要具有很高的强度。因此，连杆材料一般都采用高强度碳钢和合金钢，如45钢、65钢、40Cr、40MnB等。近年来也有采用球墨铸铁和粉末冶金材料的。

某汽车发动机连杆采用40MnB钢，用模缎法成型，将杆体和杆盖锻成一体。对于这种整体锻造的毛坯，要在以后的机械加工过程中将其切开。为了保证切开孔的加工余量均匀，一般将连杆大头孔锻成椭圆形。相对于分体锻造而言，整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点。其缺点是所需锻造设备动力大及存在金属纤维被切断等问题。

连杆毛坯的锻造工艺过程是将棒料在炉中加热至1140～1200°C。先在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯，然后在锻压机上进行预锻和终锻，最后在压床上冲连杆大头孔并切除飞边。锻造好的连杆毛坯需经调质处理，使之得到细致均匀的回火索氏体组织，从而改善性能，减少毛坯内应力。此外，为提高毛坯的精度，还需进行热校正、外观缺陷检查、内部探伤、毛坯尺寸检查等工序，最终获得合格的毛坯。典型的连杆毛坯采用工字形断面截形，材料为40MnB钢，进行调质处理后，要求硬度大于HB 220，大、小头厚度为39.6～40.0mm，毛坯总重量2.340～2.520Kg。此外，对两端面有形状误差要求.

3.3 汽车发动机连杆的主要工序分析

3.3.1 定位基准的加工 3.3.2 大头孔的加工 3.3.2 小头孔的加工

第 15 页

第 17 页 4 汽车发动机曲轴加工工艺分析

4.1 汽车发动机曲轴结构特点及其主要技术要求

曲轴是汽车发动机的主要零件之一，用于将活塞的往复运动变为旋转运动，以输出发动机的功率，曲轴工作时要承受很大的转矩及大小和方向都发生变化的弯矩，因此曲轴应有足够的强度，支承刚度及耐磨性。曲轴的质量分布要平衡，防止因不平衡产生离心力，使曲轴承受附加载荷。

曲轴的形状和曲柄的相互位置，决定于发动机气缸的数目、行程数、排列情况及各气缸的工作顺序。在单列式多缸发动机中，连杆轴颈的数目与气缸数相同，主轴颈的数目由发动机的型式和用途决定.多主轴颈曲轴的优点是：提高了曲轴承载能力，减少了轴颈载荷。但也使曲轴长度增加，材料滑牦增加，机械加工劳动量也随之增加。

上图为六缸汽车发动机的曲轴零件简图。主轴颈和连杆轴颈不在同一轴线上。它具有七个主轴颈;六个连杆轴颈分别位于三个互成120°角的平面内。曲轴在六个连杆轴颈处形成了六个开挡，因此曲轴是一个结构复杂、刚性差的零件。

为了保证曲轴正常工作，对曲轴规定了严格的技术要求。主要技术要求如下：

(1)主轴颈和连杆轴颈的尺寸精度为0.02mm;轴颈的圆度误差和轴颈轴线间的平行度误差均不大于0.015mm;轴颈表面粗糙度不大于Ra0.32μm。

(2)连杆轴颈与主轴颈轴线间的平行度误差在每100mm长度上不大于0.02mm。

(3)以1，7主轴颈支承时，第4主轴颈的径向圆跳动误差不大于0.03mm;装飞轮法兰盘的端面窜动误差不大于0.02mm;法兰盘的端面只允许凹入，以保证和飞轮端面可靠贴合，凹入量不大于0.1mm。

(4)曲柄半径尺寸精度为±0.05mm。

(5)连杆轴颈之间的角度偏差不大于土30°。

(6)主轴颈、连杆轴颈与曲柄连接圆角的表面粗糙度不大于Ra0.4μm。 (7)曲轴轴颈表面热处理后硬度不低于46HRC。

第 18 页 (8)曲轴需径动平衡，动平衡精度小于100g·cm。 (9)曲轴需要进行磁力探伤。

在曲轴的机械加工过程中，遇到的主要问题是工件的刚性差，因此需要采取措施克服刚性差对加工过程的影响，以达到曲轴的技术要求。常采取的措施有：

(1)用两端传动和中间传动的方式驱动曲轴，改善曲轴的支承方式和缩短支承距离，减小加工中的弯曲变形和扭转变形。

(2)在加工中增加辅助支承，提高刚性。

(3)使定位支承基准靠近被加工表面，减少切削力引起的变形。 (4)增设校直工序，减小前道工序的弯曲变形对后道工序的影响。 在曲轴加工中，需要选择径向、轴向基准及圆周方向上的角向基准。各基准的选择如下：

(1)径向基准： 加工中选毛坯两端主轴颈为粗基准铣两端面并钻两端中心孔，再以两端中心孔作径向定位基准。此基准也是曲轴的设计基准.曲轴加工中所有主轴颈及其它同轴线轴颈的粗、半精、精加工都用中心孔定位。加工连杆轴颈时一般采用两个主轴颈外圆表面作定位基准，以提高支承刚性。

(2)轴向基准： 曲轴轴向的设计、安装基准都是第4主轴颈的两侧端面。加工连杆轴颈时选用该轴颈的止推轴肩端面作轴向定位基准。曲轴本身不需要精确的轴向定位，在磨削加工工序中采用中心孔作轴向基准，用定宽砂轮靠火花磨削加工轴颈侧端面，轴向尺寸精度取决于磨削前的加工精度和磨削中的自动测量系统。

(3)角向基准： 采用在曲柄臂上铣定位面和在法兰盘端面钻定位工艺孔的方法来实现角向定位。曲柄臂上的工艺定位面周向定位精度低，用于粗加工工序，法兰盘上的工艺孔定位精度高，用于磨削和抛光等精加工工序。

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第 20 页 4.2 汽车发动机曲轴的材料和毛坯

由于曲轴要有高的强度、刚度和良好的耐磨性，因此一般都选用优质碳素钢、合金钢、球墨铸铁、可锻铸铁或合金铸铁等材料制作。对于钢制曲轴，主要采用模锻方法制作毛坯.模锻毛坯的金属纤维分布合理，有利于提高曲轴强度。近年来稀土球墨铸铁应用广泛，它有很多优点，能满足一般功率发动机的工作要求。其特点如下：

(1)铸造性好，曲轴可设计成较合理的结构形状，适应于精密铸造。可减少加工余量，缩短加工工艺过程，降低成本。

(2)球墨铸铁曲轴有较高的强度和较小的缺口敏感性，较好的减振性及耐磨性。

(3)球墨铸铁中加入了铜元素，起到了细化组织、稳定珠光体和提高强度的作用，使曲轴可直接进行机械加工，省去了毛坯的正火处理工序。

毛坯铸造技术要求为：

(1)曲柄拔模斜度为1°～l°30′其余铸造拔模斜度为1°～30°。

(2)毛坯加工余量为：主轴颈、连杆轴颈4mm，轴颈台肩3mm，余量偏差为。

(3)主轴颈、连杆轴颈铸造圆角R5，其它铸造圆角R3～R5。 (4)铸件不得有砂眼、疏松、缩孔、杂质等内部缺陷。

1.5(5)第4主轴颈摆差≤2.5mm，其它未注明加工余量偏差为1.0mm：

4.3 汽车发动机曲轴主要工序分析

4.3.1 定位基准的加工

4.3.2 主轴颈的加工

4.3.3 连杆轴颈的加工

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