氣缸蓋氣門導(dǎo)管孔的加工工藝研究

摘要：柴油機(jī)的性能很大一部分是由氣缸蓋的加工精密度決定的，而氣門導(dǎo)管孔和排氣閥的同軸度精度是決定氣缸蓋加工精度的重要因素。文章對(duì)氣門導(dǎo)管孔的加工工藝進(jìn)行了探討，目的在于提高氣缸蓋氣門導(dǎo)管孔的加工精度和效率。

關(guān)鍵詞：氣缸蓋；氣門導(dǎo)管孔；加工工藝；專用復(fù)合刀具；排氣閥；柴油機(jī) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TK405 文章編號(hào)：1009-2374（2016）08-0059-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.031

1 概述

發(fā)動(dòng)機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，氣門一直在不停的開(kāi)關(guān)過(guò)程中，在與氣門導(dǎo)管的往復(fù)過(guò)程中會(huì)不斷沖擊氣門座圈，三者間會(huì)產(chǎn)生惡劣的摩擦副作用。氣門座圈在氣體從缸蓋燃燒室壓縮燃燒時(shí)會(huì)受到極大的沖擊負(fù)荷，但卻不易散熱而使氣門、導(dǎo)管和座圈長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)，導(dǎo)致零件變形和產(chǎn)生不正常的燃燒產(chǎn)物等副作用，最終導(dǎo)致氣門導(dǎo)管與座圈損壞，降低氣密性，使發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降，故氣門座圈和導(dǎo)管孔的加工十分重要，關(guān)系到整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。在批量生產(chǎn)中，不僅需要優(yōu)化加工工藝，還對(duì)定位方式及基準(zhǔn)選擇、刀具的選擇、氣門座圈的加工方式、導(dǎo)管孔的加工及其冷卻方式等有較高的要求。

2 傳統(tǒng)工藝流程

首先需要鉆擴(kuò)氣門和導(dǎo)氣管孔，但此過(guò)程分為兩步進(jìn)行，多次定位會(huì)導(dǎo)致跳動(dòng)超差的產(chǎn)生，往往達(dá)不到工藝要求；然后再壓氣門座圈和氣門導(dǎo)管，再槍鉸氣門導(dǎo)管；最后再锪削氣門座圈錐面，但低速锪削會(huì)使錐面粗糙度差、不連續(xù)。此外，傳統(tǒng)的加工工藝工序較多而且不連續(xù)，消耗的成本也大，不能滿足經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天的需要。

3 新興工藝

底孔同軸誤差常常是導(dǎo)致其精加工量分配不均的重要原因，故常采用復(fù)合刀具分鉆、擴(kuò)、精鏜來(lái)保證其同軸度公差。專用復(fù)合刀具及加工見(jiàn)圖1，刀具實(shí)圖見(jiàn)圖2，其加工工藝流程為：首先，開(kāi)始前固定兩個(gè)推桿于起始位置以保證車刀與鉸刀是備工狀態(tài)；其次，粗刀開(kāi)始锪氣門座圈，控制好加工余量，接著使工作臺(tái)后退使車刀待命，此時(shí)推動(dòng)內(nèi)推桿分別半精車工作錐面和鉸削加工導(dǎo)管孔，退回精刀和鉸刀實(shí)現(xiàn)對(duì)座圈和導(dǎo)管孔的加工，此過(guò)程要求工序能力指數(shù)Cpk≥1.66。此外刀具材料的選擇也十分重要，要提高產(chǎn)率就要求有較快的加工速度，而刀具的硬度是達(dá)到較快加工速度的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。氣門導(dǎo)管孔的材料HT250的硬度較低，用普通的涂層硬質(zhì)合金刀片就能夠高速地切削，但是這類刀片容易磨損，在加工100個(gè)孔左右就會(huì)報(bào)廢，而且會(huì)導(dǎo)致座圈錐面光滑度不夠而加大跳躍性，同時(shí)也無(wú)法達(dá)到較高的切削線速度。對(duì)比之下，選用立方氦化硼（CBN）刀具就要優(yōu)越很多。CBN屬于超硬刀具材料，硬度僅次于金剛石，但熱硬度和熱穩(wěn)定性卻好于金剛石很多。此外，若鉸刀為多刃的則會(huì)提高很多給進(jìn)速度；最后，切削速度也是保證加工精度和產(chǎn)率的必要條件，切削速度為85m/min，給進(jìn)度為0.15mm/n時(shí)，切削硬度為HRC50～55的導(dǎo)氣管最好。

4 加工問(wèn)題的實(shí)例分析

加工過(guò)程中時(shí)時(shí)會(huì)出現(xiàn)槍鉸件不合格的情況，在做項(xiàng)目過(guò)程中，機(jī)加工廠發(fā)現(xiàn)在技術(shù)方面和工裝管理方面的不足之處，并做了修正，有助于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和提高。機(jī)加工廠對(duì)此分析后主要得出如下五個(gè)方面的原因和解決方案：

第一，恒力專機(jī)B40工序加工缸蓋左右面（74.25±0.15mm），前期技術(shù)偏離至73.8～74.5mm，因缸蓋進(jìn)槍鉸時(shí)右面在滾道上前進(jìn)，起粗定位的作用，如果加工尺寸超上公差，將影響導(dǎo)管孔定位套的正常插入，影響定位精度，造成加工不合格。因B40工裝定位穩(wěn)定性較差，此尺寸常有超差現(xiàn)象發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)尺寸控制小于74.25mm，基本保證B295工序的定位不受影響。

第二，三菱專機(jī)B230工序粗加工導(dǎo)管孔，此機(jī)床前期多次做過(guò)調(diào)整，因尺寸穩(wěn)定性較差，導(dǎo)管孔挪到B50工序加工，穩(wěn)定性較好。

第三，重點(diǎn)工序B240專機(jī)，用于座圈導(dǎo)管底孔的精加工，前期經(jīng)過(guò)調(diào)整，加工工藝尺寸有了較大的提高，但座圈底孔和導(dǎo)管底孔的同軸度和垂直度超差現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，近期因探頭損壞，更換新探頭后機(jī)床報(bào)警或探測(cè)值極不穩(wěn)定（探測(cè)值誤差達(dá)到0.5mm）而去掉了探頭，導(dǎo)致座圈底孔深度加工不穩(wěn)定（誤差0.1mm以內(nèi)），因槍鉸工序使用導(dǎo)管定位加工，B240工序的加工質(zhì)量直接影響槍鉸合格率。B240加工出現(xiàn)的問(wèn)題及對(duì)槍鉸的影響如下：（1）導(dǎo)管座圈同軸度超差將導(dǎo)致槍鉸工序座圈加工偏；（2）導(dǎo)管垂直度超差將導(dǎo)致槍鉸工序?qū)Ч芗庸び嗔坎痪鶆?，影響?dǎo)管的圓度、圓柱度，從而影響到跳動(dòng)，也可能會(huì)引起加工偏，甚至出現(xiàn)臺(tái)階；（3）座圈底孔加工深度影響座圈的加工余量，底孔加工過(guò)深，將可能導(dǎo)致座圈加工不全，底孔加工過(guò)淺將導(dǎo)致座圈加工出現(xiàn)臺(tái)階。

第四，座圈配套件有部分影響，座圈壓裝后加工余量有0.30mm左右，正常的配套件跳動(dòng)在0.05mm左右，但在前期曾經(jīng)對(duì)部分配套件做過(guò)測(cè)量，部分座圈跳動(dòng)直超過(guò)0.10mm，對(duì)槍鉸合格率有一定影響。

第五，槍鉸專機(jī)本身的影響，2015年10月份槍鉸專機(jī)加工導(dǎo)管孔孔徑不合格，經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)備、工裝、刀具的調(diào)整，現(xiàn)導(dǎo)管孔徑超差基本解決，但跳動(dòng)超差工件較多，每班80～120件左右，是當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題。自10月以來(lái)，B線槍鉸工序出現(xiàn)導(dǎo)管孔加工錐度、“大肚子”、座圈加工偏及由此導(dǎo)致的座圈跳動(dòng)超差等現(xiàn)象，每班有80～120件不合格品。針對(duì)以上情況先后進(jìn)行了以下調(diào)整：10月中旬更換刀桿導(dǎo)套、導(dǎo)管定位套；10月底更換新刀柄（3020BT193C，3020BT194C）；11月初更換進(jìn)氣門主軸軸承，更換軸承后發(fā)現(xiàn)主軸與換臺(tái)之間的定位銷無(wú)法正常插入，用螺栓擰緊后正常。

此外，機(jī)加工廠還對(duì)降低缸蓋線槍鉸工序廢品率進(jìn)行了總結(jié)，明確了廢品率的主要組成情況。進(jìn)氣門座圈加工偏、排氣門座圈加工不全、進(jìn)、排氣門座圈的跳動(dòng)超差、座圈加工表面有震紋。經(jīng)過(guò)反復(fù)的討論、現(xiàn)場(chǎng)的驗(yàn)證、大量數(shù)據(jù)的分析，項(xiàng)目組認(rèn)定無(wú)論是氣門座圈的加工不全或者加工尺寸偏離還是跳動(dòng)超差，都應(yīng)該回歸到問(wèn)題的根本原因，并將這個(gè)原因具體化為兩個(gè)問(wèn)題：①前幾道工序（B25/B240/B290）加工的底面、座圈底孔尺寸不穩(wěn)定；②精加工工序槍鉸專機(jī)不穩(wěn)定。

項(xiàng)目組首先調(diào)整導(dǎo)管與座圈的粗加工序B50，在檢驗(yàn)了設(shè)備各軸精度沒(méi)有異常后，從工裝夾具入手，重新修磨定位塊，將原來(lái)的定位塊平面度從原來(lái)的0.06mm調(diào)整到了0.01mm以內(nèi)；改良了原由設(shè)備廠家設(shè)計(jì)的工藝步驟，將中心鉆改為锪平面，保證了導(dǎo)管與底面的垂直度。其次是調(diào)整B240的定位面，進(jìn)而保證了精加工序的坯料垂直度穩(wěn)定可靠，由原來(lái)的0.05mm提高到0.02mm。B295的調(diào)整為整個(gè)工程中最大的難點(diǎn)，槍鉸專機(jī)為進(jìn)口設(shè)備，精度等級(jí)高，調(diào)整難度大，并且過(guò)程復(fù)雜，項(xiàng)目組用設(shè)備廠家留下的量檢具驗(yàn)證了主軸的行走精度與工裝定位套的同軸度，均沒(méi)有問(wèn)題。經(jīng)重新設(shè)計(jì)量檢具，將原有的細(xì)長(zhǎng)驗(yàn)棒改良，避免了原有量檢具撓性問(wèn)題引起的頂端下垂問(wèn)題后重新校驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，主軸的側(cè)母線與上母線直線度均為0.15mm左右，與工裝定位套的同軸度為0.10mm，在撤掉原有主軸箱的定位銷，將以上數(shù)據(jù)全部提高至0.01mm以內(nèi)后鉆鉸定位銷孔，重新對(duì)主軸箱定位。經(jīng)過(guò)以上調(diào)整，氣門座圈的跳動(dòng)量急劇減小到0.02mm以內(nèi)，完全符合產(chǎn)品要求，廢品率大幅下降。

通過(guò)以上加工技術(shù)研究經(jīng)驗(yàn)可得出主軸部件的軸向跳動(dòng)應(yīng)低于0.0015mm，徑向跳動(dòng)應(yīng)低于0.002mm，復(fù)合刀具硬度應(yīng)足以保證同軸度，此外還要有足夠的加工余量。

5 展望

氣缸蓋氣門導(dǎo)管孔的加工精度和效率還有很大的提升空間，未來(lái)有望在刀具材料和精密專用刀具上做出進(jìn)一步發(fā)展與推廣。

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作者簡(jiǎn)介：高洪玉（1981-），男，山東濟(jì)南人，中國(guó)重汽集團(tuán)濟(jì)南動(dòng)力有限公司工程師，研究方向：生產(chǎn)技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）