發(fā)動機(jī)機(jī)體氣門挺桿孔加工工藝的改進(jìn)

李海東 侯永剛

(濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊261041)

柴油機(jī)由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)和燃油供給系統(tǒng)3 大基本部分以及冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、啟動裝置和調(diào)速系統(tǒng)燈光等必要的輔助部件組成。各個機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)上的零部件安裝在包括汽缸體、汽缸蓋、曲軸箱等機(jī)體部件上，把柴油機(jī)構(gòu)成一個整體。

在汽車的構(gòu)成部件中，發(fā)動機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)是非常重要的一個組成部分，它的作用和人體的呼吸器官一樣掌控著氧氣的進(jìn)入，對于發(fā)動機(jī)能否做功擁有決定權(quán)，不過它的工作環(huán)境可比呼吸器官嚴(yán)酷多了——油污、高溫、高壓，毫不夸張的說簡直有如煉獄。

發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)能否高質(zhì)量工作是關(guān)系到發(fā)動機(jī)動力性能好壞的關(guān)鍵因素之一。配氣機(jī)構(gòu)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)除靠配氣凸輪外還要靠挺桿體及挺桿孔之間的良好配合來保證的，因此對挺桿孔的加工質(zhì)量有嚴(yán)格的工藝要求。圖1 所示為發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)簡圖。

圖1 發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)簡圖

1 挺桿孔精度要求及工藝分析

1.1 精度要求

機(jī)體材料為HT250-GB9439，材料硬度為170～241 HB?？讖匠叽缇葹棣?8 mmH8，位置度要求為±0.1 mm，垂直度要求為0.04 mm;孔表面粗糙度為Ra1.6 μm，孔深77.5 mm，同一汽缸孔兩側(cè)的挺桿孔間距為72 mm，相鄰汽缸孔的挺桿孔間距為78 mm(圖2 中粗實(shí)線為加工部位)。圖2 所示為發(fā)動機(jī)機(jī)體氣門挺桿孔加工工序圖。

圖2 發(fā)動機(jī)機(jī)體氣門挺桿孔加工工序圖

1.2 工藝分析

柴油機(jī)機(jī)體(以下簡稱機(jī)體)的每個汽缸孔兩側(cè)配有兩個挺桿孔，該孔遠(yuǎn)離工件底面基準(zhǔn)面，且對凸輪軸孔有一定的垂直度要求。由于氣門挺桿孔直徑小，尺寸精度高，表面粗糙度要求高，而且底孔為鑄孔等特點(diǎn)，故工藝方案采用擴(kuò)、鏜、鉸3 道工序來加工。擴(kuò)孔工序主要切除大部分加工余量;鏜孔工序予以糾正底孔余量的偏心和直線性，保證孔的位置精度，并達(dá)到一定尺寸精度和粗糙度，給鉸孔工序創(chuàng)造較好的加工條件;鉸孔工序最終達(dá)到工藝要求的尺寸精度和粗糙度要求。各工序的工藝參數(shù)見表1。

表1 挺桿孔加工各工序的工藝參數(shù)

2 問題的提出

2.1 配氣機(jī)構(gòu)與發(fā)動機(jī)質(zhì)量

配氣機(jī)構(gòu)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)是靠挺桿體及挺桿孔之間的良好配合來保證的，因此對挺桿孔的加工質(zhì)量有嚴(yán)格的工藝要求。

在發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)時，經(jīng)常出現(xiàn)挺桿體拉傷甚至挺桿卡死等現(xiàn)象，影響發(fā)動機(jī)質(zhì)量。經(jīng)拆檢故障發(fā)動機(jī)分析，發(fā)現(xiàn)在挺桿體與挺桿孔之間存在大量鐵質(zhì)顆粒，由此引起挺桿體與挺桿孔壁之間的摩擦，最終造成挺桿體與孔壁拉傷、卡死。而這些顆粒大多數(shù)來源于因挺桿孔加工不良造成的早期摩擦拉傷。

據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場50 件產(chǎn)品件氣門挺桿孔工序測量結(jié)果發(fā)現(xiàn):

(1)50%的產(chǎn)品件垂直度＞0.07 mm，大部分在0.10 mm 左右;

(2)粗糙度指標(biāo)波動大，易超差，刀痕嚴(yán)重;

(3)孔徑有喇叭口現(xiàn)象，達(dá)不到尺寸公差要求。測量結(jié)果表明，目前該鉸孔工序加工質(zhì)量已達(dá)不到工藝要求。

2.2 氣門挺桿孔機(jī)夾鉸刀磨損快

該氣門挺桿孔鉸孔工序刀具采用T10A 刀體焊接YG6X 鉸刀刃，切削速度為8.4 m/min，是一種硬質(zhì)合金刀具的低速切削環(huán)境，現(xiàn)場使用過程中發(fā)現(xiàn)刀具磨損快(加工不到50 件就要更換)問題。

需要操作人員逐臺檢查產(chǎn)品件加工質(zhì)量決定換刀時機(jī)，勞動強(qiáng)度高，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證，制約全線生產(chǎn)效率的提高。

根據(jù)以上兩點(diǎn)，為保證并提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低刀具成本，提出對該氣門挺桿孔鉸孔工藝的改進(jìn)方案。

3 問題分析

3.1 現(xiàn)狀

該氣門挺桿孔的加工采用傳統(tǒng)的擴(kuò)、鏜、鉸工藝，其中鉸孔工序原設(shè)計(jì)為:

(1)切削冷卻方式為水基乳化液冷卻;

(2)刀具采用懸掛式活動鉆模板進(jìn)行定位、導(dǎo)向。

3.2 水基乳化液冷卻存在的問題

現(xiàn)用的水基乳化液冷卻方式，無法滿足切削過程中對鉸刀刃的潤滑需要，造成挺桿孔粗糙度超差及刀具磨損快、壽命低等問題。

3.3 懸掛式活動鉆模板進(jìn)行刀具定位、導(dǎo)向存在的問題

鉸孔工序采用12 軸剛性刀桿加懸掛式活動鉆模板單導(dǎo)向支撐方案，活動鉆模板定位的精度和溫度變化導(dǎo)致的刀桿位置變化都對加工精度帶來影響，無法保證工件孔的位置精度及加工過程的穩(wěn)定性。

4 鉸孔工藝改進(jìn)方案

根據(jù)以上分析，為保證氣門挺桿孔加工質(zhì)量，需對鉸孔工序進(jìn)行以下技術(shù)改造措施。

4.1 夾具部分的設(shè)計(jì)

重新設(shè)計(jì)制造夾具上蓋，刀桿的后導(dǎo)向采用固定鏜模套導(dǎo)向。解決挺桿孔軸線對基準(zhǔn)面垂直度超差、孔徑喇叭口等問題。圖3 為夾具上蓋固定鏜模套圖。

圖3 夾具上蓋固定鏜模套圖

4.2 刀桿刀具部分的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)制作新的刀桿和浮動接頭，更換主軸箱的12根主軸，設(shè)計(jì)增加主軸與浮動接頭之間的接口。圖4為刀桿和浮動接頭。

圖4 刀桿和浮動接頭

4.3 滑臺行程的設(shè)計(jì)

重新安排主軸箱在滑臺上的位置，增加滑板行程130 mm，達(dá)到鉸刀在固定鏜模套內(nèi)導(dǎo)向行程延長的目的。解決挺桿孔軸線對基準(zhǔn)面垂直度超差、孔徑喇叭口等問題。圖5 為加工示意圖。

圖5 加工示意圖

4.4 冷卻油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該鉸孔工序加工對象為汽缸體氣門挺桿孔，材料:HT250 －GB9439，硬度:170～241 HB(切削性較好)。刀具采用T10A 刀體焊接YG6X 鉸刀刃，切削速度為8.4 m/min，是一種硬質(zhì)合金刀具的低速切削環(huán)境，適宜選用油基切削液。

將原來的水基乳化液冷卻方式改為切削油冷卻，自主設(shè)計(jì)切削油循環(huán)管路、兩級過濾排屑系統(tǒng)及上下料吹風(fēng)工位，在原大流量系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)切削煤油的封閉自循環(huán)。提高切削過程中對鉸刀刃的潤滑，解決挺桿孔粗糙度超差及刀具磨損快、壽命低問題。圖6 為切削油冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖。

5 結(jié)語

工藝改進(jìn)完成后，挺桿孔工序送檢結(jié)果表明:加工項(xiàng)次合格率為100%。根據(jù)統(tǒng)計(jì):每把鉸刀的平均壽命為700 臺，達(dá)到并超額完成了400 臺/把的鉸刀壽命預(yù)期目標(biāo)，優(yōu)于工藝改進(jìn)前50 臺/把的鉸刀實(shí)際使用壽命。

［1］王先逵.機(jī)械加工工藝手冊:第二卷鉆削、擴(kuò)削、鉸削加工［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

圖6 切削油冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

［2］陳慧.V 型發(fā)動機(jī)氣門挺桿孔加工組合機(jī)床設(shè)計(jì)［J］. 機(jī)床與液壓.2012，40(8):17～20.

［3］大連組合機(jī)床研究所. 組合機(jī)床設(shè)計(jì):第一冊 機(jī)械部分［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1975.

［4］劉鎮(zhèn)昌.金屬切削液——選擇、配制與使用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［5］童瑜粲，黃以平，倪士勇.金屬切削中如何選擇切削液［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2007.20(4):59～60.