提升氣缸蓋座圈導(dǎo)管孔加工質(zhì)量的途徑

林志堅(jiān)

（福建力佳股份有限公司，福建 漳州 363000）

發(fā)動(dòng)機(jī)作為很多工作機(jī)械的原動(dòng)機(jī)，用途比較廣泛。發(fā)動(dòng)機(jī)的顯著特點(diǎn)是要求燃料和空氣的混合物在氣缸里燃燒的過(guò)程中，進(jìn)、排氣門不得因密封不嚴(yán)而泄漏。而氣缸蓋座圈和導(dǎo)管孔的加工質(zhì)量，直接影響到氣門的密封性。因此，座圈、導(dǎo)管孔的加工（俗稱槍鉸）一直以來(lái)是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋加工的主要難點(diǎn)，座圈錐面對(duì)導(dǎo)管孔的跳動(dòng)以及座圈錐面圓度的大小直接影響到氣門與座圈的密封質(zhì)量[1]，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。選用適配的刀具和加工工藝是確保氣缸蓋座圈導(dǎo)管孔加工質(zhì)量的關(guān)鍵。本文主要對(duì)氣缸蓋座圈與導(dǎo)管孔加工工藝進(jìn)行介紹，進(jìn)而針對(duì)幾種結(jié)構(gòu)型式的刀具及加工工藝對(duì)加工質(zhì)量的影響展開(kāi)分析，同時(shí)也分享力佳公司在氣缸蓋圈座、導(dǎo)管孔加工生產(chǎn)過(guò)程中的工藝驗(yàn)證及應(yīng)用結(jié)果。希望能夠?yàn)闅飧咨w座圈、導(dǎo)管孔加工質(zhì)量的提高，降低生產(chǎn)成本提供思路。

1 加工工藝要求

氣缸蓋的座圈以及導(dǎo)管孔的加工工藝要求主要包括3 個(gè)方面的內(nèi)容，他們分別是導(dǎo)管孔的工藝技術(shù)要求、氣門座圈的工藝技術(shù)要求以及座圈與導(dǎo)管孔之間的工藝技術(shù)要求（圖1）。首先從導(dǎo)管孔的工藝要求進(jìn)行分析，工程師在針對(duì)氣缸圈的導(dǎo)管孔進(jìn)行加工的過(guò)程中，必須要針對(duì)導(dǎo)管孔的尺寸、導(dǎo)管孔的圓柱度、導(dǎo)管孔與氣缸蓋的垂直角度以及導(dǎo)管孔的孔位置度等多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行控制，并保證以上這些位置以及位置與位置之間的長(zhǎng)度必須在控制的范圍之內(nèi)，否則整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量將會(huì)大幅度降低，甚至出現(xiàn)氣體泄漏現(xiàn)象。在氣門座圈方面的要求主要包括座圈三錐孔之間的相交位置尺寸、座圈三錐孔的表面粗糙程度以及他的密封帶中心位置尺寸等多項(xiàng)內(nèi)容。最后在座圈與導(dǎo)管孔之間的工藝技術(shù)要求方面，工作人員必須要密切的注意，座圈在處于90 度的條件下，錐孔面與導(dǎo)管孔之間的孔徑是否保持平衡的狀態(tài)。如果保持平衡的狀態(tài)就需要觀察存在的誤差量，使得發(fā)動(dòng)機(jī)泄漏的數(shù)量是否在允許值以及跳動(dòng)量的范圍之內(nèi)。

通過(guò)對(duì)氣缸蓋的座圈與導(dǎo)管孔加工工藝的要求（圖1）進(jìn)行分析，我們可以發(fā)現(xiàn)座圈與導(dǎo)管孔之間的工藝要求非常高。如果在生產(chǎn)過(guò)程中某個(gè)數(shù)據(jù)值出現(xiàn)偏差，不在工藝要求范圍之內(nèi)，那么生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品都將報(bào)廢。這時(shí)企業(yè)就必須要關(guān)注氣缸蓋座圈以及導(dǎo)管孔在生產(chǎn)時(shí)刀具的規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及應(yīng)用方面的內(nèi)容。如果配套設(shè)計(jì)的刀具符合產(chǎn)品加工工藝技術(shù)要求進(jìn)而提高了氣缸蓋座圈導(dǎo)管孔的加工質(zhì)量，那么生產(chǎn)出來(lái)的氣缸蓋圈座以及導(dǎo)管孔在數(shù)據(jù)方面將能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的要求。只有在滿足以上指標(biāo)的前提下，最終生產(chǎn)出來(lái)的座圈以及導(dǎo)管孔才能夠真正裝配加入到發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中。

圖1 氣缸蓋座圈導(dǎo)管孔加工圖

2 提升加工質(zhì)量的途徑

在氣缸蓋的生產(chǎn)過(guò)程中，配置的加工刀具、編制的加工工藝都直接影響到座圈導(dǎo)管孔的加工質(zhì)量，因此在加工前應(yīng)選擇合理的刀具結(jié)構(gòu)型式和編制科學(xué)的加工工藝，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性，提升產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

2.1 刀具選擇的影響

生產(chǎn)氣缸蓋圈座以及導(dǎo)管孔的企業(yè)，在選擇刀具時(shí)一般都會(huì)選用阿波羅刀具或是采用與HSK 刀柄配套連接的組合刀具。這兩種類型的刀具在結(jié)構(gòu)上具有較大的差異，所以在生產(chǎn)和加工座圈、導(dǎo)管孔時(shí)，通常應(yīng)用在不同的設(shè)備上，并編制相應(yīng)的加工工藝。如果對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋圈座以及導(dǎo)管孔的生產(chǎn)具有不同的要求，也可以根據(jù)這些要求和參數(shù)來(lái)選用配置刀具。

阿波羅刀具是一種與專機(jī)設(shè)備配合并完成汽缸蓋氣門座圈的錐孔面和導(dǎo)管孔加工的復(fù)合刀具，主要由加工導(dǎo)管孔的槍鉸刀、加工氣門座密封錐孔面的鏜刀和倒角锪刀3 部分組成。阿波羅刀具的主體結(jié)構(gòu)主要包括加工導(dǎo)管孔的孔槍刀，以及對(duì)氣門座圈進(jìn)行密封錐孔加工的鏜刀，但是這兩種結(jié)構(gòu)都不是阿波羅刀具的核心主題，它的核心主體是將Z 走向走刀改變成斜向走刀的鏜刀。這種類型的刀具具有只可以用在專機(jī)上的局限性，而且座圈錐孔面加工由一片刀片完成，刀片的使用壽命不易受控；刀片主切削刃口在初始加工時(shí)易出現(xiàn)小崩口,對(duì)于零件的磨損性比較大,無(wú)法保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，同時(shí)也增加了生產(chǎn)成本。

HSK 刀柄是由德國(guó)開(kāi)發(fā)的一種在CNC 數(shù)控加工中心常用的高速切削刀柄，具備較高的系統(tǒng)精度、較高的系統(tǒng)剛度及較好的動(dòng)平衡性，和美國(guó)的KM 刀具系統(tǒng)、日本的NC5、BIG-PLUS 刀具系統(tǒng)皆屬兩面拘束刀柄。一般情況下，都是應(yīng)用在CNC 的加工處理過(guò)程當(dāng)中，這種結(jié)構(gòu)型式的組合刀具最大的優(yōu)勢(shì)就是能夠同時(shí)對(duì)一個(gè)零件進(jìn)行粗加工和精加工[2]。但是在對(duì)不同的零件進(jìn)行加工時(shí)，粗加工和精加工所用刀具的刀柄存在一定的差異。這種類型的刀具在使用過(guò)程當(dāng)中也有缺點(diǎn)，最明顯的缺點(diǎn)就是法蘭結(jié)構(gòu)的刀柄制造精度要求高，整體剛性比較差，且傳遞扭矩沒(méi)有整體刀柄好，因此刀具在加工錐孔面時(shí)易出現(xiàn)輕微振紋，從而影響錐孔面的粗糙度，而且采用HSK 刀柄連接型式的組合刀具這種結(jié)構(gòu)對(duì)加工設(shè)備性能要求高，且制造成本也高，不利于生產(chǎn)成本的控制。

2.2 加工工藝的影響

在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋圈座和導(dǎo)管孔加工的過(guò)程當(dāng)中，粗加工是一個(gè)非常重要的組成部分。雖然大多數(shù)人認(rèn)為粗加工僅僅是為了減少精加工的余量，以及為精加工的質(zhì)量打下基礎(chǔ)，最終能夠決定產(chǎn)品質(zhì)量的是精加工的過(guò)程，所以大部分工作人員在對(duì)氣缸蓋圈座和導(dǎo)管孔進(jìn)行粗加工時(shí)，都不會(huì)過(guò)多的關(guān)注粗加工的質(zhì)量[3]。但是在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程當(dāng)中，如果工作人員使用的粗加工刀具或者精加工刀具沒(méi)有配備有三角度三刀片，那么零件就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)因粗加工刀具磨損或者具有微小風(fēng)口的現(xiàn)象而導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品的加工表面粗糙程度脫離預(yù)期的范圍，甚至?xí)霈F(xiàn)斷帶或者有臺(tái)階的加工缺陷，這些缺陷僅僅依靠精加工來(lái)進(jìn)行完善是無(wú)法修正的，一旦無(wú)法修正之后，整個(gè)座圈的泄漏量就會(huì)超標(biāo)，最終導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。由此我們可以看出，粗加工對(duì)于產(chǎn)品生產(chǎn)來(lái)說(shuō)也是非常重要的。與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量以及觀察，使用三錐孔面加工刀片來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行粗加工以及精加工會(huì)存在一定的磨損誤差，甚至還有可能出現(xiàn)加工尺寸被改變的情況。但是一個(gè)合格的發(fā)動(dòng)機(jī)座圈密封帶在工藝上具有嚴(yán)格的尺寸范圍要求，如果在加工的過(guò)程當(dāng)中，三刀片之間的磨損使得最終加工出來(lái)的產(chǎn)品在尺寸上具有差異，那么最終生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品將不合格。所以設(shè)定合理的精加工余量為消除在加工過(guò)程中因加工刀具磨損或具有微小風(fēng)口的現(xiàn)象，提高刀具的使用壽命，提升產(chǎn)品的加工質(zhì)量提供保障。一般將精加工余量設(shè)定為0.15～0.25 mm。

在發(fā)動(dòng)機(jī)的多種重要箱體零部件當(dāng)中，氣缸蓋是最重要的部件之一，能夠直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的是氣門座圈錐孔密封面和導(dǎo)管孔的加工質(zhì)量。如果這兩個(gè)位置的加工質(zhì)量沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，那么發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中就會(huì)存在密封不配合甚至是泄漏的情況[4]。其中，氣缸蓋當(dāng)中的座圈密封錐孔面的粗糙程度以及刀片的刀口處理與導(dǎo)體的剛性之間存在密切的聯(lián)系，所以工作人員在對(duì)錐孔面進(jìn)行精加工時(shí)，必須根據(jù)加工的程序來(lái)進(jìn)行具體的編制過(guò)程，否則最終加工出來(lái)的零部件將會(huì)出現(xiàn)尺寸不合格的現(xiàn)象。

2.3 定位基準(zhǔn)的影響

在整個(gè)缸蓋從座孔、導(dǎo)管孔及至座圈氣門導(dǎo)管孔的加工工序中，導(dǎo)管孔的圓柱度，導(dǎo)管孔與氣缸蓋的垂直角度以及導(dǎo)管孔的孔位置度都嚴(yán)格的要求（圖1），而選擇科學(xué)合理的定位基準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)這些精度要求的保障。一般情況下，粗加工一般采用三面六點(diǎn)完全定位，精加工采用一面兩銷定位，這種加工定位方式可以確保前后道工序統(tǒng)一，以消除定位誤差，保證產(chǎn)品的質(zhì)量一致性，從而提升產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

3 工藝驗(yàn)證結(jié)果及應(yīng)用

福建力佳股份有限公司氣缸蓋座圈及導(dǎo)管孔加工工藝經(jīng)過(guò)多年的驗(yàn)證摸索，根據(jù)自己的產(chǎn)品特點(diǎn)及加工環(huán)境，設(shè)計(jì)編制了符合公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的加工工藝流程、刀具結(jié)構(gòu)型式及配置科學(xué)合理的切削用量。所配置的刀具具有制造工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，且對(duì)加工設(shè)備的性能要求不是太高的特點(diǎn)，大大降低了生產(chǎn)成本。

缸蓋材料：HT250 或 FZ1365 GB/T 2688-1981，硬度：200～250 HB。

氣門導(dǎo)管材料：HT250 硬度 170～241 HB 或 FZ1365 GB/T 2688-1981、硬度 80～130 HB。

氣門座材料：高鉻合金鑄鐵，硬度34～45 HRC。

我司的座圈及導(dǎo)管孔的加工工藝是采用粗加工、半精加工、精加工工序流程保證氣門座孔與導(dǎo)管孔表面的加工精度、座孔深度及座孔與導(dǎo)管孔的位置度及形狀精度，以確保氣門座及氣門導(dǎo)管嵌入座孔及導(dǎo)管孔后產(chǎn)生的變形量及形位公差在可控范圍，并在此基礎(chǔ)上在CNC 加工中心系統(tǒng)上對(duì)座圈及氣門導(dǎo)管孔進(jìn)行粗加工、半精加工、精加工，達(dá)到保證座圈凡爾線及氣門下沉量的精度要求；而多階組合刀具的結(jié)構(gòu)型式是可以確保各階已加工孔面的同軸度及垂直度等各種加工質(zhì)量要求。以下為我司配置的刀具結(jié)構(gòu)型式、加工工藝編制及加工效果。

加工進(jìn)、排門座孔及導(dǎo)管孔的刀具結(jié)構(gòu)及加工切削參數(shù)配置如圖3，其中，進(jìn)氣門座導(dǎo)管孔φ48H7/φ17：n = 176 rpm，v = 26.5/9.6 m/min，So=0.12mm/r。排氣門座導(dǎo)管孔 φ41H7/φ17：n = 180 rpm，v = 23.2/9.6 m/min ，So=0.12mm/r。

圖2結(jié)構(gòu)應(yīng)用在專機(jī)流水線上（加后導(dǎo)向桿以確保座圈及導(dǎo)管孔的同軸度要求），適合大批量生產(chǎn)。

圖2 加工進(jìn)、排門座孔，導(dǎo)管孔的刀具結(jié)構(gòu)

圖3 加工進(jìn)、排門座孔，導(dǎo)管孔的刀具結(jié)構(gòu)

以上兩種刀具結(jié)構(gòu)型式可根據(jù)粗加工、半精加工、精加工尺寸要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。表1列出氣缸蓋進(jìn)、排氣座、導(dǎo)管孔加工形位公差圖紙要求及加工檢測(cè)結(jié)果對(duì)比。

表1 列出氣缸蓋進(jìn)、排氣座、導(dǎo)管孔加工形位公差圖紙要求及加工檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

氣缸蓋座圈及氣門導(dǎo)管加工工藝中采用圖4、圖5結(jié)構(gòu)刀具，其中圖4刀具應(yīng)用于粗、半精加工，圖5精加工刀具的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)，其中劃錐面：Vmax = 65.2 m/min，n = 409 r/min，So = 0.20 mm/r，SM=81.6 mm/min。氣門導(dǎo)管孔：V=57.1 m/min，n=1 652 r/min，So=0.20 mm/r，SM=330.46 mm/min。

圖4 氣缸蓋座圈加工工藝結(jié)構(gòu)刀具

圖5 氣門導(dǎo)管加工工藝結(jié)構(gòu)刀具

圖5結(jié)構(gòu)中的氣門孔鉸刀跳動(dòng)要求以微調(diào)方式加以確定，圖6為加工座圈凡爾線的小刀夾的裝夾跳動(dòng)要求也是以微調(diào)方式加以確定，這種小刀夾結(jié)構(gòu)型式能夠滿足多種規(guī)格的產(chǎn)品加工。

圖6 加工座圈凡爾線的小刀夾的裝夾跳動(dòng)要求

表1 列出氣缸蓋進(jìn)、排氣座、導(dǎo)管孔加工形位公差圖紙要求及加工檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

經(jīng)過(guò)大量生產(chǎn)加工驗(yàn)證，我司采用現(xiàn)在這種加工工藝及刀具結(jié)構(gòu)配置之后，不但滿足了產(chǎn)品的質(zhì)量要求，保證質(zhì)量的一致性，同時(shí)提高生產(chǎn)效率，并大幅度降低生產(chǎn)成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)氣缸蓋座圈和導(dǎo)管孔進(jìn)行加工的過(guò)程當(dāng)中，工作人員需要盡量的對(duì)座圈導(dǎo)管孔的加工質(zhì)量進(jìn)行有效控制。盡管這在實(shí)際操作過(guò)程當(dāng)中仍然具有較大的難度，但如果能夠在實(shí)際加工時(shí)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)流程來(lái)展開(kāi)每一個(gè)環(huán)節(jié)的加工過(guò)程，并且合理的選擇加工的技術(shù)，這樣產(chǎn)品加工質(zhì)量才能得到大幅度的提升。除此之外，產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程有很多因素會(huì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量造成干擾，所以工作人員要盡量將這些因素進(jìn)行消除，以保證座圈的泄漏量以及跳動(dòng)量控制在有效的范圍之內(nèi)。只有根據(jù)自己產(chǎn)品的特點(diǎn)及加工環(huán)境，設(shè)計(jì)符合自身生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的加工工藝、刀具結(jié)構(gòu)型式及科學(xué)合理的切削用量配置，制定科學(xué)合理的工藝管理制度，并在生產(chǎn)加工過(guò)程中進(jìn)行有效管控，才能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化生產(chǎn)的目標(biāo)。