應用封閉式沖模加工進、排氣門小端

王 凱，楊承濤

（西安航空職業技術學院 航空制造工程系，西安 710089）

0 引言

隨著汽車工業的發展，汽油、柴油發動機的產量日益增加，尤其是新型發動機，每缸采用5氣門結構，使得主機廠對氣門專業生產廠的產量和質量不斷提出新的要求。國內外許多專業配件廠進、排氣門的產量已達到千萬只以上。

進、排氣門盡管其結構形狀簡單，但它是發動機的關鍵零件之一，因之對它的材料、熱處理、加工精度均要較高的要求。目前國內外氣門生產的工藝路線較長，通常為32道工序，最短也需26到工序。對大量生產而言，每道工序的改進提高都具有十分重要的經濟意義。

本文根據作者多年來在氣門生產方面積累的經驗，在論述了傳統加工方法的基礎上，推薦一種應用封閉式沖切模具加工氣門小端的新型加工方法，并就其模具結構、特點及經濟效益作以下簡要介紹。

1 氣門小端傳統的加工方法

1.1 車削法

發動機進排氣門的形狀示意圖如圖1所示。由于氣門毛胚成形方式為電鐓成蒜頭形狀，然后在壓力機上用模具成形。所成形的毛胚在長度方向較難控制，為保證質量減少廢品率，在長度方向，會產生3～10mm的多余長度。過去國內切除

氣門小端多余長度工序均采用車削法。由于氣門結構形狀上的特點，在普通車床上很難夾持，為此各專業生產廠普遍采用氣門切小端專用機床進行加工。氣門用彈簧卡頭夾持，用切斷刀進行切割加工。該道工序通常是在氣門進過調質處理，校直和粗磨桿部后進行的。氣門的調質硬度通常為HRC32-36，為此切斷時用硬質合金刀具進行加工。其生產率約為20～30s加工一只氣門，班產通常為800～1000只氣門。

圖1 發動機進排氣門的形狀示意圖

這種加工方法的生產率較低，工人勞動強度大，硬質合金切斷刀的耗量大，是一種較為落后的加工方法。

1.2 銑削法

70年代為提高氣門的生產率，加之硬質合金刀具成本高、耗量大，曾試圖用鋸片銑刀在臥式銑床上切割氣門小端。這種加工方法的夾具較為簡單，僅在瓶口虎鉗上用銅合金制成夾持氣門的專用鉗口，并在氣門的大端或圓弧面上安裝長度定位裝置即可進行加工。經試驗，因氣門的硬度較高，高速鋼的鋸片銑刀磨損較快，而生產率并無明顯提高，班產和車削差不多并未超過1000只。對多余長度短于5mm的氣門，經篩選后用盤銑刀飛刀加工。由于這種方法無明顯優點，故后來排除了這種加工方法。

1.3 鋸片砂輪切割法

在上述兩種加工方法均不能滿足生產要求時，又從用砂輪切割剛才得到啟發，可否用鋸片砂輪切割氣門小端。由于這種方法所需設備簡單，只需一臺砂輪切割機，將氣門磨小端的夾具直接用于小端切割，因此很快地進行了試驗。從試驗情況看，因樹脂鋸片砂輪直徑大、轉速高、氣門小端切割時間顯著縮短，生產率大大提高，約6～8s即可切割一只氣門，因而生產率比車削法、銑削法提高一倍以上，班產可達2000只以上，最高班產曾達到4000只，因此這種那個方法曾今應用過一段時間。

但是砂輪切割氣門小端的加工方法也存在顯著缺點，主要是對環境的污染嚴重。鋸片砂輪磨耗的砂粒和氣門切割時產生的粒狀切削對環境及操作人員危害嚴重。即使在夏季操作工人也要穿上防護服、鞋罩和帶上防塵面具。操作工人的勞動強度大、噪音大，對周圍的操作工人均由影響，且切割砂輪的耗量也比較大。

盡管如此，用片狀砂輪切割氣門小端還是一種比車削法和銑削法前進了一步的加工方法。

2 應用封閉式沖切模具加工氣門小端

用沖切方法加工氣門小端多余長度曾有人做過試驗，其效果非常高，但因采用傳統的單邊式沖頭，沖出的端面馬蹄形特別大，達不到該工序加工精度的要求。尤其是排氣門在沖切時有崩潰現象，當時這種方法曾被廢棄。

后經過幾年反復試驗，研制出封閉式氣門小端精密沖切模具，使氣門小端精密沖切質量大大提高，達到并超過了該工序對端面加工精度的要求而被實際應用，現將該方法簡介如下。

2.1 精密沖切氣門小端的封閉式模具

圖2所示為封閉式沖切氣門小端的模具。該模具的主要元件為用耐沖擊的硬質合金制成的固定沖頭及動沖之間無間隙，因而沖切后的氣門小端面光滑平整，無馬蹄形。端面不平度小于0.2mm，其加工質量與車削法、銑削法及砂輪切割法相比提高了很多。

沖切加工時用氣門的圓弧面作為粗基準定位，控制氣門長度的圓弧定位裝置為可調試，能滿足氣門小端加工的長度要求。對于不同規格的氣門只要更換固定沖頭、動沖頭和定位裝置即可使用，其萬能性及靈活較好。

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模具的右墊板及前后墊板采用銅合金材料以減少沖頭之間的磨損消耗，作者曾設想將前后墊板及右墊板改為滾動式，即在銅支架鑲嵌上滾珠以減少沖頭的磨損和增加上、下運動的靈活性。

圖2 氣門小端精密沖切的封閉式模具

模具的損壞方式為固定沖頭和動沖頭硬質合金刀套刃口處的磨鈍。當刃口磨鈍時，只要在平面磨床上修磨后即可繼續使用。

2.2 應用設備

氣門小端精密沖切加工時設備的選擇是根據剪斷該材料所需的沖載力而選定的。其沖載力可按下式計算：P=K·F·τ0

式中 P-沖載力，K-系數 K=1.2-1.3

F-沖載面積， τ0-沖減材料的抗剪強度

由于氣門直徑通常下不超過12mm，為此選用較小噸位的曲柄偏心式沖床已能滿足其工作要求。實際應用時所選設備為60t曲柄偏心式沖床。

2.3 特點及經濟分析

2.3.1 加工精度較高

應用封閉式沖切模具加工氣門小端時其端面不平度可達0.1mm，尤其當沖切之間間隙調整較好時所沖切的端面非常平直光滑，特別有利于磨削小頭端面的下道程序。

2.3.2 生產效率高

應用這種新加工方法加工氣門小端時，生產效率非常高，包括工件的裝卸時間在內為2～3秒鐘加工一只氣門。通常班產可達8000～10000件。與車削、銑削相比較生產率提高約7～8倍。

2.3.3 成本低、對環境比較友好

采用封閉式沖切模具加工氣門小端其圓形沖模為耐沖擊的硬質合金材料當刃口磨鈍或產生微笑碎裂時，可卸下修磨，與車削相比節省了大量的切刀。與砂輪切割相比節省了大量鋸片砂輪，沖切下的料頭自動排出，每班清理一次即可，操作工人的勞動強度較低，工作條件較好。

2.3.4 經濟性分析

對不同加工方法的經濟性可以從質量、生產率、成本及操作人員和環境的友好性等方面進行分析比較。

表1所列為對車削法、銑削法、砂輪切割法及精密沖切法四種不同工藝方法的經濟性分析比較表。

從優化選擇的角度來看，氣門小端的切割加工采用精密沖切法加工，無論從質量、生產率、成本及對操作人員和環境的友好性方面均優于其他加工方法，因此它是一種較佳方案。

表1 幾種氣門小端加工方法的經濟性比較表

3 結束語

為提高發動機進、排氣門的加工質量和產量，廣大科技工作者和工程技術人員已經作了大量的試驗研究工作，多項成果已用于生產實際。本文介紹了應用封閉式沖壓模具加工氣門小端方法。它與傳統的車削法、銑削法及砂輪切割法相比較，具有顯著提高生產率、質量較高、成本低，且對操作環境和操作人員較為友好的一種工藝方法。期望能對提高我國氣門生產的產量、質量和競爭能力起到一定的作用。

[1] Dozent Chengtao Yang ''Bearbeitung der Kegeldichtflaeche von Motorventil''tz fuer Metallbearbeitung 78 Jahrgang August 1984.

[2] 鄭可煌.實用沖壓模具手冊[M].北京:宇航出版社,1990.