大型氣缸蓋排氣閥孔用的斜孔鉆孔工裝

廖柳青，帥 虎

（廣州柴油機(jī)廠股份有限公司，廣東廣州 510370）

0 引言

G32 氣缸蓋是某司G32 系列柴油機(jī)（最大功率達(dá)8000 kW)上的重要零件，其上分布有進(jìn)氣閥孔、排氣閥孔各2 個，每個排氣閥孔壁分布有4 個不同空間角度的冷卻水斜孔，并且斜孔不在正常加工基準(zhǔn)面內(nèi)（圖1）。柴油機(jī)氣缸蓋排氣閥溫度能否在正常范圍，取決于閥座的冷卻水孔是否暢通。為讓冷卻水正常流通，該孔就必須嚴(yán)格按要求加工，保證相關(guān)空間角度在設(shè)計范圍內(nèi)。若采用數(shù)控機(jī)床加工，不僅需要設(shè)計制造大型的工裝，某司也不具備大型臥式加工中心或者大型五軸加工機(jī)床，若購置新設(shè)備，成本投入非常昂貴。

圖1 G32 氣缸蓋排氣閥孔壁Φ8 斜孔位置

1 加工方案

鑒于上述加工難點(diǎn)，在不投入高額大型數(shù)控機(jī)床或五軸加工中心的前提下，設(shè)計采用萬向鉆床配合快速定位夾具工裝，實(shí)現(xiàn)該柴油機(jī)氣缸蓋閥座冷卻水孔的加工。充分理解蓋零件設(shè)計使用特性及所用機(jī)床特點(diǎn)，利用該G32 氣缸蓋零件特點(diǎn)制造了定位安裝碼夾，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計巧妙，尺寸小巧，操作簡便，生產(chǎn)效率，經(jīng)濟(jì)高效地解決了此問題。該夾具的顯著特點(diǎn)是利用了鋼珠的快速卡位來達(dá)到夾具的定位碼緊快換的作用。

2 工裝方案

設(shè)計所述獨(dú)立鉆孔工裝1 套，借助萬向鉆機(jī)床鉆孔的方法加工，可以大大節(jié)省大型鉆孔工裝費(fèi)和設(shè)備投入費(fèi)（圖2）。該工裝上的夾具本體需要與待加工孔有固定的位置關(guān)系，夾具體根據(jù)氣缸閥座冷卻孔形狀設(shè)計成多級圓柱體結(jié)構(gòu)，使夾具體充分與被加工的閥座孔貼合，實(shí)現(xiàn)徑向零誤差；夾具體上的臺階面與排氣閥孔臺階面貼合實(shí)現(xiàn)夾具體軸向的定位，實(shí)現(xiàn)軸向零誤差。1 個閥座孔內(nèi)有2 個冷卻水孔，根據(jù)氣缸蓋上冷卻水孔位置分別在其2 個排氣閥孔表面各劃一條線，其夾角為14°，與設(shè)計圖紙匹配，夾具體上的刻線分別對準(zhǔn)排氣閥劃線，實(shí)現(xiàn)其旋轉(zhuǎn)方向的定位，方便加工2 個角度的孔。

圖2 氣缸蓋排氣閥孔壁斜孔鉆孔

同時，夾具體上設(shè)計的斜孔與氣缸蓋閥座冷卻水孔角度一致，均為15°，保證與設(shè)計圖紙吻合；為了保證夾具體斜孔不容易被加工時的鉆頭磨損，保持夾具體應(yīng)有的精度，設(shè)計在斜孔上加裝1 個固定鉆套（圖3）。該鉆套采用T12A 碳素工具鋼作為材料，該鋼是過共析鋼，由于含碳量高，淬火后仍有較大的過剩碳化物，可加工性好、價格便宜、來源容易，適合制造尺寸小、形狀簡單、輕負(fù)荷的工具，以及要求硬化層不深并保持高韌性的冷像模等。

圖3 固定鉆套

由于淬火工藝的特性，零件在淬火前要將銳利邊角打磨圓滑，避免出現(xiàn)裂紋。將該固定鉆套兩端車成圓弧狀，一方面避免淬火出現(xiàn)裂紋，另一方面方便鉆孔時鉆頭進(jìn)出，容易導(dǎo)向。由于該材料含碳量很高，加工出來的固定鉆套經(jīng)過淬火后硬度可以達(dá)到58～62 HRC，具有極高的硬度和耐磨性，能保證夾具體不容易被磨損，保持鉆孔的穩(wěn)定性，保證精度。

確定該工裝鉆模體的位置關(guān)系后，需要固定夾具鉆模體，以保障鉆孔效果。一種方式是需要借助工件上的螺紋孔擰入螺釘，將鉆模與工件固定；另一種方式是借助壓板通過螺釘將鉆模體與工件碼緊。G32 氣缸蓋排氣閥孔周邊沒有螺紋孔，通常只能依靠壓板碼夾的方式固定，但這種固定方法需要增設(shè)長螺桿、壓板、后枕鐵、鎖緊螺母等零件，每次裝拆都比較繁瑣操作不方便，8 個孔需要裝拆8 次耗費(fèi)很多輔助工時。

該排氣閥座是由三級遞減的內(nèi)孔組成，中間級內(nèi)孔是冷卻及避空位設(shè)計，可以利用該段內(nèi)孔，在夾具鉆模體的相應(yīng)位置設(shè)計使用鋼珠的快速卡位來達(dá)到夾具的定位碼緊快換功能，使用效果非常好。在夾具鉆模體中間級外圓處加工有裝入鋼珠的孔，并且在相應(yīng)位置的頂端面上加工有推動鋼珠往外移動的螺紋孔。通過該螺紋孔裝入頂桿螺栓，推動鋼珠往外移動，迫使鋼珠與夾具鉆模體中間級內(nèi)孔卡緊，使夾具鉆模體牢牢地固定在閥座孔上。

夾具鉆模體各級外圓與氣閥孔各級孔間隙配合，在鉆模體上有與排氣閥孔壁上的斜孔角度一致的鉆套孔，固定鉆套壓入鉆套孔。在鉆模體側(cè)面與徑向垂直方向設(shè)計有特殊穿孔，該孔側(cè)面與鉆模的外圓穿透，底孔不穿透，且側(cè)面穿孔處的寬度要小于該特殊穿孔直徑，不讓鋼珠跑出。將與特殊穿孔直徑相當(dāng)?shù)匿撝槿肟字校３珠g隙配合，然后用塞子堵住特殊穿孔孔口，防止鋼珠跑出。在鉆模體頂端面設(shè)計有與上述特殊穿孔垂直貫通的螺紋孔，調(diào)整螺釘末端設(shè)計成錐形，并擰入孔中。鉆模體上的一條劃線對準(zhǔn)排氣閥孔劃線。調(diào)整螺釘向下擰緊，其末端的錐面將鋼滾頂出，使鉆模體與排氣閥孔固定。加工時，加長麻花鉆通過固定鉆套導(dǎo)向，鉆加工排氣閥孔壁Φ8 mm 斜孔。調(diào)整螺釘向上擰，鋼珠與調(diào)整螺釘錐面脫開，鉆模體與排氣閥孔松開。旋轉(zhuǎn)鉆模體，使鉆模體上另一條刻線與排氣閥孔劃線對齊，實(shí)現(xiàn)另一斜孔的加工。

3 結(jié)語

該工裝的設(shè)計投產(chǎn)后，操作方法快捷方便，鉆孔質(zhì)量好，定位精度高，生產(chǎn)穩(wěn)定高效。同時該氣缸蓋卡脖子工序得到解決，既經(jīng)濟(jì)又高效，為零件的量產(chǎn)鋪平了道路。