發動機缸蓋氣門座圈加工工藝的優化設計

覃加鵬

摘要：發動機缸蓋座圈經常與高溫高壓的燃氣相接觸，承受著較高的熱負荷和機械負荷，若發動機缸蓋進、排氣座圈的環帶密封帶及對導管孔跳動值不良，將會使氣門在工作時發生中心偏移，導致有害的熱傳導和氣門及導管孔的快速磨損，降低座圈的耐磨性和密封性，直接影響發動機功率、油耗及性能，故座圈和導管孔的加工工藝設計也越來越受重視。

關鍵詞：發動機；缸蓋；工藝設計

近年來，隨著現代汽車行業的競爭日益加劇，汽車發動機行業也不斷發展壯大，不斷有新設備、新工藝、新技術引入，發動機行業已成為汽車零部件制造業的至關重要的一部分。為了保證發動機具有良好的性能，需要保證缸蓋配氣具有良好的密封性，使得發動機缸蓋能夠承受很大的熱負荷和機械負荷，故在缸蓋加工過程，對缸蓋進、排氣座圈方面的工藝要求也越來越高，如我司生產的LJ469QE2缸蓋，其座圈環帶跳動值小于0.05mm，座圈粗糙度小于Ra0.8，環帶密封帶寬度（1.3±0.2）mm。

圖1 座圈加工工藝要求

1.生產工藝流程

發動機缸蓋毛坯一般為合金鑄鋁件，作為發動機上關鍵零部件之一，加工精度要求較高，加工工藝復雜，其加工質量直接關乎發動機整機性能。通過不斷的考察和研究，發動機缸蓋加工的生產工藝已經不斷逐漸成熟，基本能滿足精度要求。其中對于缸蓋關鍵工序——座圈和導管孔加工的工藝流程主要是為：缸蓋毛坯上線檢查——轉鉸加工導管底孔/座圈底孔——氣門導管/氣門座圈壓裝——锪鉸氣門導管孔/氣門座圈——座圈環帶試漏——成品下線。整個工藝過程中，锪鉸氣門座圈/氣門導管孔工序至關重要，直接關系座圈對導管孔的跳動值、粗糙度、環帶密封帶寬度的實現。

2.重點工藝

加工進、排氣座圈孔和導管孔的加工已作為衡量發動機缸蓋精加工的重要關鍵工序之一，其形位公差和精度的要求也越來越高，越來越受到各發動機工廠重視。經過較長時間的發展，發動機缸蓋進、排氣座圈和導管孔的加工工藝已經逐漸成型，一般采用復合锪座圈底孔及槍鉸導管底孔。

對于我司之前量產的465Q發動機缸蓋，采用硬質合金刀具锪削氣門座圈、銑鉸導管孔工藝。即進、排氣座圈3個坡口角度30°、45°、75°采用多支刀具，分別一次性加工，最后導管孔采用銑鉸方式加工。由于刀桿采用側固式夾持結構以及多支刀具進行加工，座圈加工的同軸度、環帶密封帶寬度容易受影響造成超差；同時硬質合金刀具加工粉末冶金時，刀具磨損快，切削阻力大，刀具容易震動，另外受機床主軸精度影響，座圈環帶相對導管孔跳動值及環帶粗糙度等加工精度也常超差，也難以達到工藝要求，造成較多的產品不良，影響發動機性能。

我司新設計開發的LJ469QE2發動機缸蓋加工和465Q型發動機缸蓋座圈加工基本相似，只是3個坡口角度改為17°、75°、44°，針對465Q型發動機缸蓋座圈加工存在的問題，，我司469QE2缸蓋線在工藝規劃時吸收了同行的經驗和教訓，在座圈和導管孔的加工上進行了有效的優化設計。

3.加工工藝改進

3-1 刀具結構改進

刀座結構設計引進瑞典山高的技術，座圈锪刀由原來的硬質合金刀片改為可轉位CBN刀片，同時采用帶微調裝置的可調刀夾，刀具角度以及尺寸大小可做微調，座圈精锪刀和導管精鉸刀組成的整體刀座，保證座圈和導管的尺寸、粗糙度的穩定性。導管鉸刀由原來的硬質合金銑鉸刀改為單刃PCD槍鉸刀，提高刀具使用壽命、導管孔尺寸的穩定性。導管鉸刀的夾持由原來的側固式改為山高自有專利的螺帽滾珠緊固方式，提高鉸刀夾持的跳動精度，從而進一步保證44°座圈坡口和導管孔加工的跳動值及環帶密封帶寬度的穩定性。

圖2 锪刀結構以及導管鉸刀夾持結構

3-2 加工方式改進

座圈和導管孔的加工由原來的锪削座圈+銑鉸導管孔改為粗、精锪座圈+粗、精槍鉸導管孔，即：1）座圈17°、75°、44°坡口锪削，其中44°坡口留0.15mm余量精锪；2）導管孔粗鉸3-5mm作引孔，用于精鉸時導向；3）座圈、導管粗加工后，座圈精锪刀和導管精鉸刀組成的整體刀座同時軸向進給，精锪44°坡口，同時精鉸導管孔。由于精锪時座圈表面已經粗锪過，留精锪的加工余量均勻，只有0.15mm，同時采用CBN刀具，切削力較小。另外導管孔精鉸刀采用PCD刀具，在引孔的導向作用下，切削穩定。相對之前硬質合金刀具锪削、銑鉸工藝，改進后的加工工藝使得座圈相對導管孔跳動值，座圈表面粗糙度等加工精度得到明顯改善。

根據2013年6-12月的加工統計數據對比，采用新式刀座結構、新型材質刀具及加工方式改進后，成品入庫抽檢跳動值、環帶密封帶寬度、粗糙度的不合批次由改進前的3-5批次/月降低到0-1批次/月，其中刀具使用壽命和加工穩定性有了明顯提升，換刀頻次由改進前的1件/70件優化為1件/500件,取得了一定的經濟效果。

4.結束語

通過CBN刀具、PCD刀具、山高刀具的先進結構設計的引入以及加工方式的改進，在缸蓋座圈、導管加工上具有獨特的優勢，缸蓋加工時，能夠很好的保證相應尺寸、粗糙度穩定性，也有效解決了座圈對導管孔跳動、環帶密封寬度的工藝問題，同時也有效避免了硬質合金刀具引起的刀刃磨損較快時，磨損缺陷會在復制到環帶密封帶上的問題。為了保證發動機設計性能的實現，發動機缸蓋進、排氣座圈的加工工藝是不可忽視的要素，需要工藝人員必須做好座圈加工工藝設計工作的優化研究。

5.參考文獻

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作者簡介

方征剛（1988-），男，湖北鄂州人，本科，助理工程師，主要從事發動機缸體缸蓋加工工藝設計以及相關的質量管理工作。