發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋氣門座圈加工工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)

覃加鵬

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋座圈經(jīng)常與高溫高壓的燃?xì)庀嘟佑|，承受著較高的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，若發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)、排氣座圈的環(huán)帶密封帶及對(duì)導(dǎo)管孔跳動(dòng)值不良，將會(huì)使氣門在工作時(shí)發(fā)生中心偏移，導(dǎo)致有害的熱傳導(dǎo)和氣門及導(dǎo)管孔的快速磨損，降低座圈的耐磨性和密封性，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率、油耗及性能，故座圈和導(dǎo)管孔的加工工藝設(shè)計(jì)也越來(lái)越受重視。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；缸蓋；工藝設(shè)計(jì)

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代汽車行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)也不斷發(fā)展壯大，不斷有新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)引入，發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)已成為汽車零部件制造業(yè)的至關(guān)重要的一部分。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的性能，需要保證缸蓋配氣具有良好的密封性，使得發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋能夠承受很大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，故在缸蓋加工過(guò)程，對(duì)缸蓋進(jìn)、排氣座圈方面的工藝要求也越來(lái)越高，如我司生產(chǎn)的LJ469QE2缸蓋，其座圈環(huán)帶跳動(dòng)值小于0.05mm，座圈粗糙度小于Ra0.8，環(huán)帶密封帶寬度（1.3±0.2）mm。

圖1 座圈加工工藝要求

1.生產(chǎn)工藝流程

發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋毛坯一般為合金鑄鋁件，作為發(fā)動(dòng)機(jī)上關(guān)鍵零部件之一，加工精度要求較高，加工工藝復(fù)雜，其加工質(zhì)量直接關(guān)乎發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能。通過(guò)不斷的考察和研究，發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋加工的生產(chǎn)工藝已經(jīng)不斷逐漸成熟，基本能滿足精度要求。其中對(duì)于缸蓋關(guān)鍵工序——座圈和導(dǎo)管孔加工的工藝流程主要是為：缸蓋毛坯上線檢查——轉(zhuǎn)鉸加工導(dǎo)管底孔/座圈底孔——?dú)忾T導(dǎo)管/氣門座圈壓裝——锪鉸氣門導(dǎo)管孔/氣門座圈——座圈環(huán)帶試漏——成品下線。整個(gè)工藝過(guò)程中，锪鉸氣門座圈/氣門導(dǎo)管孔工序至關(guān)重要，直接關(guān)系座圈對(duì)導(dǎo)管孔的跳動(dòng)值、粗糙度、環(huán)帶密封帶寬度的實(shí)現(xiàn)。

2.重點(diǎn)工藝

加工進(jìn)、排氣座圈孔和導(dǎo)管孔的加工已作為衡量發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋精加工的重要關(guān)鍵工序之一，其形位公差和精度的要求也越來(lái)越高，越來(lái)越受到各發(fā)動(dòng)機(jī)工廠重視。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)、排氣座圈和導(dǎo)管孔的加工工藝已經(jīng)逐漸成型，一般采用復(fù)合锪座圈底孔及槍鉸導(dǎo)管底孔。

對(duì)于我司之前量產(chǎn)的465Q發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋，采用硬質(zhì)合金刀具锪削氣門座圈、銑鉸導(dǎo)管孔工藝。即進(jìn)、排氣座圈3個(gè)坡口角度30°、45°、75°采用多支刀具，分別一次性加工，最后導(dǎo)管孔采用銑鉸方式加工。由于刀桿采用側(cè)固式夾持結(jié)構(gòu)以及多支刀具進(jìn)行加工，座圈加工的同軸度、環(huán)帶密封帶寬度容易受影響造成超差；同時(shí)硬質(zhì)合金刀具加工粉末冶金時(shí)，刀具磨損快，切削阻力大，刀具容易震動(dòng)，另外受機(jī)床主軸精度影響，座圈環(huán)帶相對(duì)導(dǎo)管孔跳動(dòng)值及環(huán)帶粗糙度等加工精度也常超差，也難以達(dá)到工藝要求，造成較多的產(chǎn)品不良，影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能。

我司新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的LJ469QE2發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋加工和465Q型發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋座圈加工基本相似，只是3個(gè)坡口角度改為17°、75°、44°，針對(duì)465Q型發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋座圈加工存在的問(wèn)題，，我司469QE2缸蓋線在工藝規(guī)劃時(shí)吸收了同行的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，在座圈和導(dǎo)管孔的加工上進(jìn)行了有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.加工工藝改進(jìn)

3-1 刀具結(jié)構(gòu)改進(jìn)

刀座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)引進(jìn)瑞典山高的技術(shù)，座圈锪刀由原來(lái)的硬質(zhì)合金刀片改為可轉(zhuǎn)位CBN刀片，同時(shí)采用帶微調(diào)裝置的可調(diào)刀夾，刀具角度以及尺寸大小可做微調(diào)，座圈精锪刀和導(dǎo)管精鉸刀組成的整體刀座，保證座圈和導(dǎo)管的尺寸、粗糙度的穩(wěn)定性。導(dǎo)管鉸刀由原來(lái)的硬質(zhì)合金銑鉸刀改為單刃PCD槍鉸刀，提高刀具使用壽命、導(dǎo)管孔尺寸的穩(wěn)定性。導(dǎo)管鉸刀的夾持由原來(lái)的側(cè)固式改為山高自有專利的螺帽滾珠緊固方式，提高鉸刀夾持的跳動(dòng)精度，從而進(jìn)一步保證44°座圈坡口和導(dǎo)管孔加工的跳動(dòng)值及環(huán)帶密封帶寬度的穩(wěn)定性。

圖2 锪刀結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)管鉸刀夾持結(jié)構(gòu)

3-2 加工方式改進(jìn)

座圈和導(dǎo)管孔的加工由原來(lái)的锪削座圈+銑鉸導(dǎo)管孔改為粗、精锪座圈+粗、精槍鉸導(dǎo)管孔，即：1）座圈17°、75°、44°坡口锪削，其中44°坡口留0.15mm余量精锪；2）導(dǎo)管孔粗鉸3-5mm作引孔，用于精鉸時(shí)導(dǎo)向；3）座圈、導(dǎo)管粗加工后，座圈精锪刀和導(dǎo)管精鉸刀組成的整體刀座同時(shí)軸向進(jìn)給，精锪44°坡口，同時(shí)精鉸導(dǎo)管孔。由于精锪?xí)r座圈表面已經(jīng)粗锪過(guò)，留精锪的加工余量均勻，只有0.15mm，同時(shí)采用CBN刀具，切削力較小。另外導(dǎo)管孔精鉸刀采用PCD刀具，在引孔的導(dǎo)向作用下，切削穩(wěn)定。相對(duì)之前硬質(zhì)合金刀具锪削、銑鉸工藝，改進(jìn)后的加工工藝使得座圈相對(duì)導(dǎo)管孔跳動(dòng)值，座圈表面粗糙度等加工精度得到明顯改善。

根據(jù)2013年6-12月的加工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比，采用新式刀座結(jié)構(gòu)、新型材質(zhì)刀具及加工方式改進(jìn)后，成品入庫(kù)抽檢跳動(dòng)值、環(huán)帶密封帶寬度、粗糙度的不合批次由改進(jìn)前的3-5批次/月降低到0-1批次/月，其中刀具使用壽命和加工穩(wěn)定性有了明顯提升，換刀頻次由改進(jìn)前的1件/70件優(yōu)化為1件/500件,取得了一定的經(jīng)濟(jì)效果。

4.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)CBN刀具、PCD刀具、山高刀具的先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的引入以及加工方式的改進(jìn)，在缸蓋座圈、導(dǎo)管加工上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，缸蓋加工時(shí)，能夠很好的保證相應(yīng)尺寸、粗糙度穩(wěn)定性，也有效解決了座圈對(duì)導(dǎo)管孔跳動(dòng)、環(huán)帶密封寬度的工藝問(wèn)題，同時(shí)也有效避免了硬質(zhì)合金刀具引起的刀刃磨損較快時(shí)，磨損缺陷會(huì)在復(fù)制到環(huán)帶密封帶上的問(wèn)題。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)性能的實(shí)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)、排氣座圈的加工工藝是不可忽視的要素，需要工藝人員必須做好座圈加工工藝設(shè)計(jì)工作的優(yōu)化研究。

5.參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

方征剛（1988-），男，湖北鄂州人，本科，助理工程師，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋加工工藝設(shè)計(jì)以及相關(guān)的質(zhì)量管理工作。