氣缸蓋氣門導管孔的加工工藝研究

摘要：柴油機的性能很大一部分是由氣缸蓋的加工精密度決定的，而氣門導管孔和排氣閥的同軸度精度是決定氣缸蓋加工精度的重要因素。文章對氣門導管孔的加工工藝進行了探討，目的在于提高氣缸蓋氣門導管孔的加工精度和效率。

關鍵詞：氣缸蓋；氣門導管孔；加工工藝；專用復合刀具；排氣閥；柴油機 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK405 文章編號：1009-2374（2016）08-0059-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.031

1 概述

發動機處于工作狀態時，氣門一直在不停的開關過程中，在與氣門導管的往復過程中會不斷沖擊氣門座圈，三者間會產生惡劣的摩擦副作用。氣門座圈在氣體從缸蓋燃燒室壓縮燃燒時會受到極大的沖擊負荷，但卻不易散熱而使氣門、導管和座圈長時間處于高溫狀態，導致零件變形和產生不正常的燃燒產物等副作用，最終導致氣門導管與座圈損壞，降低氣密性，使發動機性能下降，故氣門座圈和導管孔的加工十分重要，關系到整個發動機的性能。在批量生產中，不僅需要優化加工工藝，還對定位方式及基準選擇、刀具的選擇、氣門座圈的加工方式、導管孔的加工及其冷卻方式等有較高的要求。

2 傳統工藝流程

首先需要鉆擴氣門和導氣管孔，但此過程分為兩步進行，多次定位會導致跳動超差的產生，往往達不到工藝要求；然后再壓氣門座圈和氣門導管，再槍鉸氣門導管；最后再锪削氣門座圈錐面，但低速锪削會使錐面粗糙度差、不連續。此外，傳統的加工工藝工序較多而且不連續，消耗的成本也大，不能滿足經濟高速發展的今天的需要。

3 新興工藝

底孔同軸誤差常常是導致其精加工量分配不均的重要原因，故常采用復合刀具分鉆、擴、精鏜來保證其同軸度公差。專用復合刀具及加工見圖1，刀具實圖見圖2，其加工工藝流程為：首先，開始前固定兩個推桿于起始位置以保證車刀與鉸刀是備工狀態；其次，粗刀開始锪氣門座圈，控制好加工余量，接著使工作臺后退使車刀待命，此時推動內推桿分別半精車工作錐面和鉸削加工導管孔，退回精刀和鉸刀實現對座圈和導管孔的加工，此過程要求工序能力指數Cpk≥1.66。此外刀具材料的選擇也十分重要，要提高產率就要求有較快的加工速度，而刀具的硬度是達到較快加工速度的一個關鍵點。氣門導管孔的材料HT250的硬度較低，用普通的涂層硬質合金刀片就能夠高速地切削，但是這類刀片容易磨損，在加工100個孔左右就會報廢，而且會導致座圈錐面光滑度不夠而加大跳躍性，同時也無法達到較高的切削線速度。對比之下，選用立方氦化硼（CBN）刀具就要優越很多。CBN屬于超硬刀具材料，硬度僅次于金剛石，但熱硬度和熱穩定性卻好于金剛石很多。此外，若鉸刀為多刃的則會提高很多給進速度；最后，切削速度也是保證加工精度和產率的必要條件，切削速度為85m/min，給進度為0.15mm/n時，切削硬度為HRC50～55的導氣管最好。

4 加工問題的實例分析

加工過程中時時會出現槍鉸件不合格的情況，在做項目過程中，機加工廠發現在技術方面和工裝管理方面的不足之處，并做了修正，有助于產品質量的穩定和提高。機加工廠對此分析后主要得出如下五個方面的原因和解決方案：

第一，恒力專機B40工序加工缸蓋左右面（74.25±0.15mm），前期技術偏離至73.8～74.5mm，因缸蓋進槍鉸時右面在滾道上前進，起粗定位的作用，如果加工尺寸超上公差，將影響導管孔定位套的正常插入，影響定位精度，造成加工不合格。因B40工裝定位穩定性較差，此尺寸常有超差現象發生，現場尺寸控制小于74.25mm，基本保證B295工序的定位不受影響。

第二，三菱專機B230工序粗加工導管孔，此機床前期多次做過調整，因尺寸穩定性較差，導管孔挪到B50工序加工，穩定性較好。

第三，重點工序B240專機，用于座圈導管底孔的精加工，前期經過調整，加工工藝尺寸有了較大的提高，但座圈底孔和導管底孔的同軸度和垂直度超差現象時有發生，近期因探頭損壞，更換新探頭后機床報警或探測值極不穩定（探測值誤差達到0.5mm）而去掉了探頭，導致座圈底孔深度加工不穩定（誤差0.1mm以內），因槍鉸工序使用導管定位加工，B240工序的加工質量直接影響槍鉸合格率。B240加工出現的問題及對槍鉸的影響如下：（1）導管座圈同軸度超差將導致槍鉸工序座圈加工偏；（2）導管垂直度超差將導致槍鉸工序導管加工余量不均勻，影響導管的圓度、圓柱度，從而影響到跳動，也可能會引起加工偏，甚至出現臺階；（3）座圈底孔加工深度影響座圈的加工余量，底孔加工過深，將可能導致座圈加工不全，底孔加工過淺將導致座圈加工出現臺階。

第四，座圈配套件有部分影響，座圈壓裝后加工余量有0.30mm左右，正常的配套件跳動在0.05mm左右，但在前期曾經對部分配套件做過測量，部分座圈跳動直超過0.10mm，對槍鉸合格率有一定影響。

第五，槍鉸專機本身的影響，2015年10月份槍鉸專機加工導管孔孔徑不合格，經過對設備、工裝、刀具的調整，現導管孔徑超差基本解決，但跳動超差工件較多，每班80～120件左右，是當前面臨的主要問題。自10月以來，B線槍鉸工序出現導管孔加工錐度、“大肚子”、座圈加工偏及由此導致的座圈跳動超差等現象，每班有80～120件不合格品。針對以上情況先后進行了以下調整：10月中旬更換刀桿導套、導管定位套；10月底更換新刀柄（3020BT193C，3020BT194C）；11月初更換進氣門主軸軸承，更換軸承后發現主軸與換臺之間的定位銷無法正常插入，用螺栓擰緊后正常。

此外，機加工廠還對降低缸蓋線槍鉸工序廢品率進行了總結，明確了廢品率的主要組成情況。進氣門座圈加工偏、排氣門座圈加工不全、進、排氣門座圈的跳動超差、座圈加工表面有震紋。經過反復的討論、現場的驗證、大量數據的分析，項目組認定無論是氣門座圈的加工不全或者加工尺寸偏離還是跳動超差，都應該回歸到問題的根本原因，并將這個原因具體化為兩個問題：①前幾道工序（B25/B240/B290）加工的底面、座圈底孔尺寸不穩定；②精加工工序槍鉸專機不穩定。

項目組首先調整導管與座圈的粗加工序B50，在檢驗了設備各軸精度沒有異常后，從工裝夾具入手，重新修磨定位塊，將原來的定位塊平面度從原來的0.06mm調整到了0.01mm以內；改良了原由設備廠家設計的工藝步驟，將中心鉆改為锪平面，保證了導管與底面的垂直度。其次是調整B240的定位面，進而保證了精加工序的坯料垂直度穩定可靠，由原來的0.05mm提高到0.02mm。B295的調整為整個工程中最大的難點，槍鉸專機為進口設備，精度等級高，調整難度大，并且過程復雜，項目組用設備廠家留下的量檢具驗證了主軸的行走精度與工裝定位套的同軸度，均沒有問題。經重新設計量檢具，將原有的細長驗棒改良，避免了原有量檢具撓性問題引起的頂端下垂問題后重新校驗后發現，主軸的側母線與上母線直線度均為0.15mm左右，與工裝定位套的同軸度為0.10mm，在撤掉原有主軸箱的定位銷，將以上數據全部提高至0.01mm以內后鉆鉸定位銷孔，重新對主軸箱定位。經過以上調整，氣門座圈的跳動量急劇減小到0.02mm以內，完全符合產品要求，廢品率大幅下降。

通過以上加工技術研究經驗可得出主軸部件的軸向跳動應低于0.0015mm，徑向跳動應低于0.002mm，復合刀具硬度應足以保證同軸度，此外還要有足夠的加工余量。

5 展望

氣缸蓋氣門導管孔的加工精度和效率還有很大的提升空間，未來有望在刀具材料和精密專用刀具上做出進一步發展與推廣。

參考文獻

[1]馮士光.新型超硬材料——立方氮化硼聚晶及其刀片的應用[M].成都：四川科學技術出版社，1984.

[2]劉獻禮，聚晶.立方氮化硼刀具及其應用[M].哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，1999.

[3]張金柱，韓玉敏.柴油發動機維修技術[M].北京：化學工業出版社，2008.

作者簡介：高洪玉（1981-），男，山東濟南人，中國重汽集團濟南動力有限公司工程師，研究方向：生產技術管理。

（責任編輯：蔣建華）