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汽车动力总成系列之缸体加工工艺介绍(上篇)

时间:2019-09-10 来源:柯本说

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来源 | 切削之家(微信号:Cutting-Family)

作者 | 切削之家

缸体知识小百科

又称为发动机机体,它是发动机的“骨架”,是发动机上各机构和系统的装配基础,其内、外安装了发动机所有的主要零部件及附件,承受各种载荷。因此,缸体必须有足够的强度和刚度。安装在缸体上的主要零件有缸盖、曲轴、油底壳、活塞连杆总成等,连接在缸体上的主要附件有水泵、油泵、发电机和起动机等。同时缸体也是发动机冷却液和机油的主要通道载体。


缸体的结构和特点

结构:形状复杂、薄壁、箱体类零件

特点:

  • 有足够的强度和刚度

  • 具有良好的密封性

  • 外型为六面体,多孔薄壁零件

  • 冷却可靠

  • 液体流动通畅


1 关于缸体的分类


缸体外型结构分类


乘用车常用的发动机缸体结构形式有直列发动机和V形发动机。


直列发动机是指所有气缸均肩并肩排列成一个平面。而V形发动机是将所有气缸分成两组,把相邻气缸以一定的夹角(多为60°)布置在一起,使两组气缸形成两个有一定夹角的平面,从侧面看气缸呈V字形,故称V形发动机。一般来说,V形发动机至少有6个或8个以上的气缸,排量达到2.5L以上,常被配置于中,高档以上乘用车。直列发动机气缸呈一字排开,缸体,缸盖和曲轴结构相对简单,制造成本较低,燃油消耗小,故在家用车上应用广泛


主轴承孔结构来分类


根据缸体主轴承孔结构的不同,通常把缸体分为以下两种形式:


① 龙门式缸体(deep skirt)


特点是主轴承孔由缸体和分体式瓦盖安装构成。这种缸体的优点是强度和刚度好,结构比较简单,制造成本相对较低。结构如图所示。


② 隧道式缸体(bedplate)


这种形式缸体的主轴承孔由缸体和整体式瓦盖(下缸体)安装构成。其优点是刚度和强度好,提高了瓦盖的强度,所以一般更适用于一些大马力的发动机。但是制造成本较高。结构如图所示。

缸体的材料来分类


发动机缸体一般用灰铸铁铸造,具有足够的韧性,良好的耐磨性、耐热性、减震性和良好的铸造性能以及可切削性,且价格便宜。但近年来为了达到减轻整车整备质量的要求,发动机缸体大量采用了合金材料,其中应用最广泛的合金材料就是铝合金。要注意的是,在铝合金缸体中,气缸的材料并不是铝合金,而仍然是铸铁。这主要是出于成本方面的考虑。虽然全铝合金缸体的重量还要轻一些,但由于气缸壁摩擦系数大,如果使用铝合金气缸孔,则需要使用硅铝合金和气缸内壁金属离子喷涂等昂贵的材料和工艺,这样将大大增加发动机缸体的成本。因此,在铝合金缸体中,气缸孔一般镶嵌铸铁气缸套,确保了缸孔的耐磨性,同时也减轻了缸体的重量。



2 缸体主要部位介绍

缸体顶-平面


缸体顶平面又称燃烧室面,如图所示。这个面用于安装发动机缸盖,与缸盖一起形成燃烧室。高温、高压的混合气体在里面燃烧。因此,缸体顶平面的质量要求非常高。


例:一般缸体顶平面的平面度精度要0.05mm,表面粗糙度除了有Rz要求外,还有Wt要求。


缸体-气缸孔:


以直列4缸发动机为例,缸体有4个气缸孔。发动机在工作时,活塞会在气缸孔内作上下往复运动,因此气缸孔的孔径大小、表面粗糙度、垂直度、圆度、圆柱度等特征都十分重要,它们将直接影响到发动机的使用性能。下面是LGE缸体关于气缸孔的相关参数指标:




缸体-曲轴孔:


与气缸孔一样,曲轴孔也是缸体中最重要的孔系。在发动机装配线中,曲轴孔内先要安装主轴瓦(相当于滑动轴承),然后安装轴。其中,曲轴的主轴颈就支撑在轴瓦中。为了保证曲轴能在轴瓦中正常地旋转,曲轴的主轴颈与轴瓦之间会留有一定的间隙,但这个间隙不能太大,否则会增大发动机的噪声并导致发动机振动过大。因此,有些产品会要求对轴瓦进行分组选配,即在安装轴瓦前,先要测量出缸体曲轴孔的直径以及曲轴的主轴颈直径,根据这两个直径的实际值来选择合适厚度的轴瓦曲轴孔是由上,下两个半圆孔组成的:上半圆孔在上缸体中,而下半圆孔的结构,不同产品在设计上会有所不同,有的是在下缸体中,有的是在轴承盖上。但无论是下缸体还是轴盖,他们都是通过螺栓固定在上缸体上,从而使上下半圆孔形成一个完整的曲轴孔。


曲轴孔的关键特性有直径,曲轴孔之间的同轴度及曲轴孔的表面粗糙度等。其中,曲轴孔的直径公差一般控制在0.01mm以内,同轴度公差一般控制在0.05mm以内,表面粗糙度Ra公差要求小于1.6um



缸体-前端面


缸体前端面一般要安装水泵机油泵总成(含曲轴前油封)等发动机重要附件,因此该面的平面度,垂直度和表面粗糙度很重要。


例:LKG缸体前端面平面度公差小于0.1,垂直度公差小于0.15,表面粗糙度除了有Rz要求外,还有Wt要求。

缸体-后端面


缸体后端面通常要安装飞轮变速器,因此,与缸体的前端面一样,该面会控制平面度,垂直度和表面粗糙度等参数,精度与前端面的要求基本一致。



3 缸体工艺如何安排和定位基准选择



  1. 首先从大表面切除多余的加工层,以便保证精加工后变形量很小。


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