發動機缸蓋氣門座圈加工圓度研究*

何娜琴

(一汽解放汽車有限公司無錫柴油機廠，江蘇 無錫 214026)

?

發動機缸蓋氣門座圈加工圓度研究*

何娜琴

(一汽解放汽車有限公司無錫柴油機廠，江蘇 無錫 214026)

隨著粉末冶金材料在缸蓋氣門座圈上越來越多的應用，其高硬度及殘余多孔結構對座圈的加工提出了更高的要求，而座圈導管專用復合刀具的發展應用，可以較好保證座圈相對導管的跳動要求，而座圈圓度成為較難保證的項目。為此，研究了各類工藝方案對氣門座圈加工圓度的影響。

發動機缸蓋；氣門座圈；加工圓度

1　加工背景

采用各類專用復合刀具進行組合加工缸蓋氣門座圈及導管，進氣座圈錐面140°，排氣座圈錐面120°，進、排氣座圈凡爾線錐面圓度要求0.008 mm。進、排氣座圈材質均為粉末冶金，具體成分特性如表1所示。

2　工藝方案

2.1锪座圈方案

新品試制時，為節約成本，通常在加工中心上采用锪座圈加工方案，利用法蘭刀柄調節刀具跳動。首先，用導引刀具粗锪座圈凡爾線錐面(同時锪其它的一個或兩個錐面)，留0.15 mm左右精加工余量，再用精加工刀具精锪座圈凡爾線錐面，到位后停留幾轉修光。這種刀具結構簡單，剛性好，調節方便，精加工凡爾線錐面時只有一枚刀片在加工，排除其它刀片加工振動的影響，可以得到較高質量的座圈凡爾線錐面。

表1氣門座圈成分特性

化學成分/(%)CSiSCrMoCoWFe其他密度/(g/cm3)硬度/HRC進氣座圈0.7～1.30.3～1.00.1～0.51～45～1017～21-↑↑7.2～7.827～42排氣座圈0.7～1.30.3～1.0-3.0～6.06.0～9.017～211.5～3↑<27.2～7.835～50

2.1.1槍鉸刀具I

槍鉸刀具I座圈粗加工采用常規的四方形可轉位刀片，精加工時采用特殊結構的CBN長條形刀片，并在刀體上鑲有3塊支撐導條，當刀片切入工件時，支撐導條也緊隨著在對應的位置起支撐作用，并吸收切削所引起的振動，如圖1所示。特殊結構的長條形刀片帶有供刀片夾緊用的V型槽，如圖2所示，壓板前端與V型槽構成穩固的楔形夾緊，提高調刀的精確性及切削時的穩固性。長條形刀片可通過兩端的調整螺釘調節刀尖回轉直徑和刀片傾角。

2.1.2柔性槍鉸刀具II

柔性槍鉸刀具II采用刀夾結構，如圖3所示，對于尺寸相近產品可通過更換相應刀夾實現座圈的柔性加工，降低生產成本。柔性槍鉸刀具II粗、精加工均采用三角形可轉位CBN刀片，刀片剛性好，穩固安裝于刀夾對應V型凹槽內，通過調整刀夾的高度及傾角(帶動刀片一體)調節加工相關位置及錐面尺寸。

2.2車座圈方案

綠色大豆的早期田間管理對綠色大豆的整體生長質量、產量和生產質量有著非常重要的影響。在田間管理過程中，要保證綠色大豆田苗木整齊、健康，并定期疏松土壤。只有這樣，才能為綠色大豆的生產提供重要保證，保證綠色大豆的質量和總產量。

锪座圈加工方案切削力較大，對刀具剛性要求較高，而且刀刃磨損快，會在座圈錐面上復映锪刀切削刃的各種缺陷，而車削加工可以避免該問題的發生，故批產時通常在專機上采用車座圈加工方案。

2.2.1展開式刀具I

展開式刀具I(如圖4、5所示)加工時，首先，主軸進給，通過固定安裝的特制CBN锪刀片(如圖6中b、c所示)粗锪座圈凡爾線錐面(同時锪其他的錐面)，留0.05 mm精加工余量，接著，主軸后退0.2 mm，使粗锪刀片脫離工件加工表面，精車刀處于待加工位置，然后，通過心軸推動滑塊帶動特制CBN精車刀片(如圖6中a所示)由外向內精車座圈凡爾線錐面。

2.2.2柔性展開式刀具II

柔性展開式刀具II(如圖7所示)可在一定范圍內實現不同角度、不同大小缸蓋座圈錐面的加工。發生頭刀具包含粗車刀和精車刀，均為菱形刀片，兩刀片軸向、徑向均相差小段距離，粗車刀切削在前，精車刀在后，可根據需要調整粗車、精車加工余量的分配，減小精車切削力，保證座圈表面質量。加工時，通過主軸與心軸(推動滑套的軸)兩軸聯動進給，適應座圈不同角度錐面的組合加工，由外向內完成座圈所有錐面的粗車和精車加工(如圖8所示)。

3　檢測結果

3.1檢測方法

采用三坐標測量機，以缸蓋底面為基準面，在座圈下沉量尺寸平面位置，探針連續走圓，采集眾多數據點，消除采點少及反復接觸、離開工件產生的誤差，提高測量不確定度，具備一定的測量精度。但是，由于三坐標結構為正交的線性軸，而這種圓度檢測需要聯動兩個軸且不斷變換方向，轉點的滯后會引起一定的測量誤差。本文檢測中使用的計量型三坐標，其測量誤差約1.3 μm。

3.2檢測數據

3.2.1锪座圈方案

經檢測，槍鉸刀具I加工座圈圓度在0.008 mm上下，數據波動略大；柔性槍鉸刀具II加工座圈圓度在0.008 mm左右，數據波動較小。切削試驗中發現，切削參數的調整對座圈加工圓度影響不明顯，適當延長孔底停留光整時間對座圈圓度有一定改善。

此外，據有關研究表明，座圈加工中，為實現平穩切削并不存在理想的切削參數，而刀片幾何結構卻有一定影響，對刀片刃口負倒棱進行倒圓對切削力、加速度和圓度有很大影響，試驗顯示倒圓半徑約60 μm時，振動最小，加工座圈形狀、圓度最佳。

3.2.2車座圈方案

經檢測，展開式刀具I加工座圈圓度在0.008 mm左右，略有波動；展開式刀具II加工座圈圓度可以較好地控制在0.008 mm以內。

刀具旋轉時存在的不平衡量會產生離心力而引起振動，對主軸軸承、刀具壽命和加工質量造成不利影響，故使用前必須做動平衡試驗，根據測出的不平衡量采用去重或配重的方法保證其平衡，此類刀具動平衡一般采用DIN ISO 1940標準G2.5級。

4　結語

發動機缸蓋氣門座圈加工圓度車座圈方案要優于锪座圈方案，試驗中，車座圈方案可將座圈圓度穩定控制在0.008 mm以內，而锪座圈方案只能在0.008 mm左右。而刀具結構對座圈加工圓度有一定影響，尤其對刀具的剛性要求較高，須盡可能縮短懸伸，刀片結構穩固，裝夾方式建議采用中間固定，保證刀片裝夾可靠，有效減小切削振動，提高座圈表面質量和加工圓度。

本文主要試驗了相關刀具對座圈加工圓度的影響。當然，除此之外，還有很多其它因素對座圈加工圓度有綜合影響，如對機床主軸跳動有一定要求，工裝夾具盡量選用穩定可靠的液壓夾具，以及切削液的冷卻潤滑性、潤滑壓力、過濾精度等。此外，由于座圈圓度要求較高，三坐標檢測誤差相對較大，建議尋求專業的座圈圓度檢測設備。

[1]吉祺煒. MAPAL刀具在缸蓋座圈和導管加工中的改進[J]. 機械制造，2006，44(502)：52-54.

[2]金霞，張磊. 氣缸蓋氣門座圈和氣門導管的加工技術研究[J]. 裝備制造技術，2010(5)：154-155，159.

[3]易剛，林劍峰，候延星，等. 發動機缸蓋加工關鍵工藝研究[J]. 機械設計與制造，2011(6)：84-85.

[4]胡勁松. 發動機缸蓋座圈和導管孔的加工[J]. MC現代零部件，2014(2)：43-45.

[5]顏霞. 摩托車發動機氣門和氣門座圈密封性能不良的工藝分析及對策[J].摩托車技術，2009(3)：48～50.

[6]Peter de Groot, Xavier Colonna de Lega. Valve cone measurement using white light interference microscopy in a spherical measurement geometry[J]. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 2003, 42(5): 1232～1237.

[7]Ildeu Lúcio Siqueira, Helder Barbieri Lacerda, Paulo Sérgio Martins, et al. Boring of the admission valve seats of the internal combustion engines[R]. 20th International Congress of Mechanical Engineering, November 15-20, 2009, Gramado, RS, Brazil.

(編輯孫德茂)

如果您想發表對本文的看法，請將文章編號填入讀者意見調查表中的相應位置。

Research of roundness in cylinder head valve seat machining

HE Naqin

( Wuxi Diesel Engine Works, FAW JIEFANG Automotive Co., Ltd., Wuxi 214026, CHN )

As the increase of powder metallurgy using in cylinder head valve seat, valve seat machining is becoming harder due to the high hardness and residual porosity. Since the development and spread applications of special compound tools, valve seat’s run-out can be well done, while its roundness may not. Several process projects have been studied in this article discussing the influence to valve seat’s roundness.

cylinder head; valve seat; machining roundness

TH16

A

何娜琴，女，1983年生，碩士，工程師，從事工作為發動機缸體缸蓋機加工工藝設計。

2015-10-13)

160436

*國家高檔數控機床與基礎制造裝備科技重大專項(2013ZX04012071)