汽缸蓋座圈導(dǎo)管加工刀具結(jié)構(gòu)與加工質(zhì)量的分析

陸華輝 梁毅 屈猛

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

氣缸蓋是發(fā)動機(jī)最重要的一項(xiàng)部件結(jié)構(gòu)，其主要構(gòu)成包括了氣門座圈和導(dǎo)管兩部分內(nèi)容。對這兩部分的加工處理意義重大，若進(jìn)氣與排氣座圈錐孔面和氣門密封效果較差，發(fā)生了泄露現(xiàn)象，便會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重的故障問題，如油耗增大、排放氣體污染嚴(yán)重、進(jìn)氣管空氣混亂、排氣管冒火等。因此，就關(guān)于氣缸蓋座圈導(dǎo)管加工刀具結(jié)構(gòu)與加工質(zhì)量展開相關(guān)的研究工作有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義。

2 工藝要求

一般氣缸蓋座圈和導(dǎo)管技術(shù)的構(gòu)成主要包括了三方面內(nèi)容，即：

⑴導(dǎo)管工藝。這一部分的要求主要是指導(dǎo)管孔徑尺寸、圓柱度、孔直線度、孔及氣缸蓋底層垂直度、孔壁粗度、孔位置等需滿足于標(biāo)準(zhǔn)要求。

⑵氣門座圈工藝。此部分的工藝要求是指對于座圈三錐孔角度、三錐孔間交接處尺寸、三錐孔表層粗糙度、三錐孔位置度、座圈垂直椎密封層寬度及圓度等均需確保滿足于標(biāo)準(zhǔn)要求。

⑶座圈和導(dǎo)管工藝。此部分工藝要求是指座圈垂直錐孔面所能夠承受的泄漏量及跳動量需確保不超過標(biāo)準(zhǔn)范圍。

由技術(shù)層面來分析，氣缸蓋座圈與導(dǎo)管的加工工藝有著較高的技術(shù)性標(biāo)準(zhǔn)要求，因而在開展有關(guān)刀具規(guī)劃、設(shè)計(jì)及應(yīng)用工作時(shí)就必須要能夠滿足于良好的剛度要求，且刀具同軸度及加工參數(shù)也要能夠滿足于加工工藝標(biāo)準(zhǔn)。

3 刀具結(jié)構(gòu)分析

目前用于氣缸蓋座圈與導(dǎo)管刀具加工的結(jié)構(gòu)形式主要有兩種，即阿波羅刀具和HSK刀柄連接組合刀具，將之應(yīng)用在各類設(shè)備之上來促成對座圈及導(dǎo)管的加工處理。

3.1 阿波羅刀具

這一種刀具是和專機(jī)設(shè)備一同應(yīng)用來促成對氣缸蓋座圈錐孔面及導(dǎo)管孔的精加工處理，其主體構(gòu)成包括了加工氣門座密封椎鏜刀、加工導(dǎo)管孔槍鉸刀、倒角锪刀三大部分。鏜氣門做密封錐孔面加工刀具為斜切式構(gòu)造方式，也就是將Z軸向走刀改變?yōu)樾鼻凶叩叮@同時(shí)也是加工刀具的核心主體。在進(jìn)行氣缸蓋座圈與導(dǎo)管加工之時(shí)所用到的阿波羅刀具，應(yīng)用步驟是首先利用Z軸切入閥座60°，以及135°錐孔面，而后進(jìn)一步應(yīng)用滑塊形式實(shí)施斜切加工垂直錐孔面。相較于Z軸切入方式，采用锪刀進(jìn)行錐孔面加工，可更為有效的增強(qiáng)被加工錐孔側(cè)母線的垂直性及精度水平。在實(shí)施垂直錐孔面加工處理時(shí)，此種類型的刀具可被處理為雙滑塊構(gòu)造形式，依次針對垂直錐孔面實(shí)施粗鏜及細(xì)鏜加工處理。在加工完座圈錐孔面以后，將刀具退后0.2mm，而后加大轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定進(jìn)度進(jìn)行導(dǎo)管孔加工。在完成加工處理后，將刀具轉(zhuǎn)速降至原本水平，鉸刀重新回到初始點(diǎn)。

但同時(shí)也需注意到，這一種加工刀具也存在著一定的缺陷問題，即：⑴加工節(jié)拍過長；⑵刀具僅可用于專機(jī)之上；⑶座圈錐孔面加工采用單刀片完成，磨損性較大；⑷主切削刀片刃口較易產(chǎn)生崩口。

3.2 HSK刀柄連接組合刀具

此種加工刀具多是應(yīng)用在CNC加工處理中，可同時(shí)完成對座圈與導(dǎo)管的粗加工與精加工兩道工序。座圈錐孔面加工刀具共有兩把，其最大的優(yōu)勢即體現(xiàn)在粗加工刀片加工在發(fā)生小崩口后，后道精加工刀片可將前端密封面缺陷切除?；诳准庸せA(chǔ)引導(dǎo)下，可實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)管孔的一次成型。當(dāng)前主流應(yīng)用的HSK刀柄連接組合刀具加工方式包括了以下兩大類型：

⑴導(dǎo)管引導(dǎo)孔鉸刀通過直柄夾持固定，座圈錐孔面加工刀片固定于較大剛度的整體式刀柄之上。鉸刀切削刃度按照加工導(dǎo)管孔徑設(shè)計(jì)為2、4、6三種刃數(shù)鉸刀，或是帶有導(dǎo)條的鉸刀。針對汽缸蓋導(dǎo)管鉸刀，在導(dǎo)管孔直徑較小，鉸刀直徑不足5mm之時(shí)，可依據(jù)刀柄頂端調(diào)節(jié)直徑來選擇尺寸。由于固定螺釘在內(nèi)控圓周布局會存在著一定的限制性因素，刀柄前端調(diào)整跳動螺釘被設(shè)計(jì)為3種，將會導(dǎo)致調(diào)刀工調(diào)整受到嚴(yán)重影響。對于這一狀況可新增鉸刀夾持區(qū)域刀桿直徑來確保螺釘?shù)暮侠砘Y(jié)構(gòu)布置，將鉸刀設(shè)計(jì)呈階梯狀刀桿。

⑵粗加工與精加工刀具刀柄均選用法蘭結(jié)構(gòu)。鉸刀通過FHS結(jié)構(gòu)固定，座圈錐孔面加工刀片固定于法蘭結(jié)構(gòu)上端。

上述兩種刀具結(jié)構(gòu)方式果然有優(yōu)缺點(diǎn)，其中第一種結(jié)構(gòu)形式在開展刀具加工時(shí)，主軸傳導(dǎo)至刀片的作用力較大，加工過程當(dāng)中的內(nèi)驅(qū)動力不會發(fā)生明顯改變；鉸刀頂端刃口跳動每一次都要和三錐孔刀片同時(shí)調(diào)節(jié)，并且鉸刀頂端跳動調(diào)節(jié)還需花費(fèi)較長一段時(shí)間；此種刀具的加工剛度較高。而第二種結(jié)構(gòu)形式，在座圈和導(dǎo)管的跳動要求較高時(shí)，其精度相對較大。機(jī)床在應(yīng)用了數(shù)年后仍可對主軸跳動予以有效補(bǔ)足，可確保達(dá)到較高的加工精度。在開展刀具加工處理時(shí)，主軸扭矩傳導(dǎo)作用力具有一定的短期改變危險(xiǎn)，容易導(dǎo)致法蘭處發(fā)生一定偏移。法蘭結(jié)構(gòu)刀柄連接和調(diào)整需借助于軸向與徑向雙螺釘固定，可能會由于角度偏移而發(fā)生刀片崩刃情況；鉸刀頂端在和FHS連接柄充當(dāng)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)之時(shí)，確保跳動量可符合于標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，鉸刀和刀柄連接時(shí)間相對較短，同時(shí)其頂端無需頻繁跳動。法蘭結(jié)構(gòu)刀柄整體剛度偏低，同時(shí)傳導(dǎo)扭矩也步入整體刀柄，因而在進(jìn)行錐孔面加工時(shí)較易產(chǎn)生一定的振動紋理。

4 密封錐孔面精加工

對于座圈密封錐孔面加工所要達(dá)到的工藝要求，除了需在高精度機(jī)床上配置適當(dāng)?shù)毒咄猓€要能夠關(guān)注于精加工余量精準(zhǔn)預(yù)設(shè)、加工程序合理化控制。

4.1 精加工余量精準(zhǔn)預(yù)設(shè)

鑒于三錐孔面加工刀片有著一定的磨損誤差，且可體現(xiàn)出法向加工尺寸改變情況，并也可由此確定出三角度交匯線尺寸改變。在三角度法向與Z軸向的預(yù)留余量相等時(shí)，對比其刀片主切削刃，便可了解到法向變化要明顯超過Z軸向。法向預(yù)留0.2mm余量刀片便會產(chǎn)生出較為嚴(yán)重的磨損。因此，通常密封錐孔面測量基線誤差需被控制在不超過正負(fù)0.1mm之內(nèi)。

4.2 加工程序合理化控制

座圈密封錐孔面的粗糙性和刀片刃口處理、導(dǎo)體剛度均存在著緊密關(guān)聯(lián)，最終在加工座圈錐孔密封面之時(shí)必須要確保主軸轉(zhuǎn)動速度與進(jìn)給量的科學(xué)適宜性。座圈密封錐孔面選用適宜的數(shù)控設(shè)備通過復(fù)合刀具進(jìn)行加工處理，針對座圈三角度采取精加工處置，使原本加工至Z軸處的尺寸，在達(dá)到主軸后退出并優(yōu)化，刀具進(jìn)給至Z周尺寸，主軸于Z周處轉(zhuǎn)動3圈退出，由此便可確保座圈可達(dá)到較高的密封性要求。借助于對加工程序的優(yōu)化改進(jìn)，可有效解決進(jìn)氣與排氣座圈密封錐孔面的平整度問題，并也能夠使得座圈密封椎孔面泄露問題得以迎刃而解。

5 結(jié)語

總而言之，在開展氣缸蓋座圈和導(dǎo)管加工時(shí)，盡管對氣門座圈密封錐孔及座圈導(dǎo)管基準(zhǔn)的質(zhì)量控制仍存在著較大難度，但只要能夠依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)流程來開展加工處理，并同時(shí)合理選用氣門閥座及導(dǎo)管孔加工技術(shù)，便可達(dá)到較高的精度水平。此外，將生產(chǎn)過程當(dāng)中各項(xiàng)有可能會造成誤差干擾的元素予以消除，氣缸蓋座圈的泄漏量及跳動量的便可得到有效控制，從而實(shí)現(xiàn)精益化生產(chǎn)目標(biāo)。