缸孔曲轴孔精加工各项工艺控制

一

示例:气缸体的尺寸特性要求

下图显示了最终发动机产品的尺寸示意图，包括气缸体顶面、气缸孔和曲轴孔的精加工尺寸。相关要求如下:

▲发动机最终产品尺寸

缸体顶面尺寸:缸体顶面与曲轴孔的距离为0.08毫米，顶面粗糙度为Rmax12.5微米，顶面与曲轴孔的平行度为0.05毫米，顶面平面度为0.05毫米

缸孔尺寸:缸孔直径公差为0~0.015 mm，缸孔对曲轴孔的垂直度为0.05 mm/150 mm，缸孔加工精度为直径0.2 mm，缸孔圆柱度精度为0.01 mm，缸孔粗糙度为RZ2 ~ 5μ m。

▲发动机最终产品尺寸

曲轴孔尺寸:曲轴孔粗糙度为Rz10微米，直径公差为0 ~ 0.018mm，曲轴孔位置精度要求直径0.2 mm，圆度0.005 mm，圆柱度0.005 mm，曲轴孔二、三、四档同轴度0.008mm

二

毛条整理的过程控制

1.缸体的夹紧和定位应根据产品图纸进行设计。因为图纸尺寸基准是底部和底部的两个定位销孔，已经在前道工序加工好了，所以缸体顶部的加工定位基准是底部和底部的两个定位销孔，这样就消除了基准转换带来的精度误差。

2.由于气缸体的空间尺寸较大，在加工过程中如果夹紧不紧，气缸体就会轻微晃动，严重影响加工精度。因此，需要在夹具上设计若干自锁辅助支撑点和夹紧点，保证缸体夹紧力均匀，防止加工后夹紧力不均匀和应力释放影响缸体平面度。

3.加工中心增加了三点和三点检查的气体检查方式，如果装夹不到位会及时报警，保证了产品加工的稳定性。

4.立方氮化硼(CBN)刀片和铰刀用于气缸体的顶面铣削和精密孔加工。这些刀具具有使用寿命长、加工精度高、表面粗糙度参数低和生产率高等优点。如果使用硬质合金刀片，在大批量生产的条件下，粗糙度的加工要求是无法保证的。涂层硬质合金刀片只要加工100片以上，就容易产生超差粗糙度。而CBN刀片的效果要好得多，可以加工200多片。

5.控制加工中心的切削参数，优化数控进给路线，适当提高切削速度，可以减少进给和进给时缸体顶面受力不均造成的缸体前后端面平面度超差。

6.铣削大板后，通过CNC控制程序沿铣削路径在气缸体顶面周围刮削，并添加大刷子去除气缸体的毛刺。

7.车间温度和湿度控制。控制恒温20±2℃，相对湿度40%~60%，以减少热胀冷缩对缸体精加工的影响。

精整后的缸体顶面平行度、平面度、粗糙度的检测报告如下。

▲缸体顶部尺寸检验报告

三

气缸孔精加工的过程控制

气缸孔的精密加工尺寸要求高，这是工艺制造控制的关键点。为了保证缸孔的珩磨质量，珩磨前必须将缸孔的直径和尺寸公差控制在0.01mm，即只允许20微米的公差带进入珩磨机进行铰孔和珩磨。珩磨缸膛前，需要在加工中心精镗缸膛至预定尺寸，加工工艺框图如图所示。

▲加工流程图

精镗刀采用内冷却结构，保证切削过程中产生的热量及时带走，从而降低局部加工温度，提高缸膛表面质量。根据最终产品图纸对比，珩磨前工序缸孔直径精镗后为后珩磨机预留0.04~0.05 mm加工余量，粗糙度控制在Rz10~20微米，圆柱度控制在0.015 mm，而0.2 mm的位置直径和0.05 mm/150 mm的垂直度与产品图纸一致，即在保证位置和垂直度的情况下，通过铰孔控制缸孔的粗糙度和垂直度。缸膛精镗后，用在线气体检测设备检测缸膛直径，合格产品通过电动辊道进入珩磨机。进口缸孔铰珩设备(如德国某知名珩磨机)虽然一次性投入大，但后期加工成本极低，加工质量稳定。

立式珩磨机用于加工。在加工过程中，珩磨头的油石由伸缩机构径向进给，工件逐渐加工到所需尺寸。珩磨头周围有6~9条铰削珩磨条，粗珩磨6条，精珩磨9条，长度约为缸孔长度的1/3~2/3。珩磨时，往复速度控制在25~35 m/min，珩磨效率高，珩磨往复换向加速度越高，换向时形成的圆弧过渡区越小，珩磨纹理质量越高。

油石对孔壁的压力控制在0.3~0.5 MPa，珩磨油石的压力直接影响工件的表面质量、磨料磨损、尺寸精度和表面粗糙度。

缸孔精镗后，粗珩磨和精珩磨都能满足产品尺寸要求。珩磨后会产生20 ~ 30的珩磨网纹，对缸膛油膜的润滑油储存有很好的作用。珩磨后的孔径、位置、圆柱度、垂直度和粗糙度的检验报告如下。

四

曲轴孔精加工的过程控制

常用汽油机最高转速可达6000 r/min，对曲轴缸径技术要求很高。为了保证曲轴镗孔珩磨的质量，珩磨前需要将曲轴镗孔的直径公差控制在0.015 mm，即只允许0.03 mm公差带进入珩磨机进行平台珩磨。在曲轴孔进入珩磨之前，必须在加工中心将曲轴孔精镗至预定尺寸。加工工艺框图如图所示。

▲曲轴孔工艺图

加工中心的精密镗刀采用内冷结构。由于曲轴孔深300 mm，对镗刀的要求也高。采用CBN刀片，其结构如图所示。

▲镗刀结构图

刀具的选择很关键，选择了mapal品牌，有四个半精镗刀片和六个精镗刀片。在加工过程中，首先用刀片扩大导孔，切掉大部分余量。然后将半精镗刀片镗至直径48.79 mm，留0.2 mm余量供直径48.995 mm的刀片切削。钻曲轴孔的第一和第二个位置，然后旋转转盘，在另一侧钻曲轴孔的第五、第四和第三个位置。根据最终产品图纸的对比，气缸体曲轴孔直径精镗后珩磨前，在后珩磨机平台上珩磨预留0.04~0.05 mm的加工余量。

与普通珩磨曲轴孔相比，平织曲轴孔的磨合期缩短了1/3~1/2，使用寿命提高了10%~20%，扭矩提高了5%，油耗降低了50%~60%。平台珩磨的粗糙度控制在Rz10-20微米，圆柱度控制在0.01 mm，定位直径、圆度、同轴度分别为0.2 mm、0.008 mm，通过平台珩磨也满足了产品尺寸要求。

为了保证尺寸精度，曲轴孔要一次珩磨到位，即从1档平台珩磨到5档，边旋转边往复。曲轴镗孔珩磨后的直径、圆度、位置、同轴度、圆柱度、粗糙度的检验报告如图所示。

▲曲轴孔尺寸检验报告

上述工艺措施，如自锁夹具和辅助支撑设计、先进的刀具材料和刀具组合结构、加工温湿度的控制、加工参数和切屑余量的控制等。用于发动机缸体顶面、缸孔和曲轴孔的精加工，保证了产品精加工的精度要求，进而保证了产品装配和批量生产的性能。