汽缸蓋座圈導管加工刀具結構與加工質量的分析

陸華輝 梁毅 屈猛

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

氣缸蓋是發動機最重要的一項部件結構，其主要構成包括了氣門座圈和導管兩部分內容。對這兩部分的加工處理意義重大，若進氣與排氣座圈錐孔面和氣門密封效果較差，發生了泄露現象，便會導致發動機出現嚴重的故障問題，如油耗增大、排放氣體污染嚴重、進氣管空氣混亂、排氣管冒火等。因此，就關于氣缸蓋座圈導管加工刀具結構與加工質量展開相關的研究工作有著巨大的現實意義。

2 工藝要求

一般氣缸蓋座圈和導管技術的構成主要包括了三方面內容，即：

⑴導管工藝。這一部分的要求主要是指導管孔徑尺寸、圓柱度、孔直線度、孔及氣缸蓋底層垂直度、孔壁粗度、孔位置等需滿足于標準要求。

⑵氣門座圈工藝。此部分的工藝要求是指對于座圈三錐孔角度、三錐孔間交接處尺寸、三錐孔表層粗糙度、三錐孔位置度、座圈垂直椎密封層寬度及圓度等均需確保滿足于標準要求。

⑶座圈和導管工藝。此部分工藝要求是指座圈垂直錐孔面所能夠承受的泄漏量及跳動量需確保不超過標準范圍。

由技術層面來分析，氣缸蓋座圈與導管的加工工藝有著較高的技術性標準要求，因而在開展有關刀具規劃、設計及應用工作時就必須要能夠滿足于良好的剛度要求，且刀具同軸度及加工參數也要能夠滿足于加工工藝標準。

3 刀具結構分析

目前用于氣缸蓋座圈與導管刀具加工的結構形式主要有兩種，即阿波羅刀具和HSK刀柄連接組合刀具，將之應用在各類設備之上來促成對座圈及導管的加工處理。

3.1 阿波羅刀具

這一種刀具是和專機設備一同應用來促成對氣缸蓋座圈錐孔面及導管孔的精加工處理，其主體構成包括了加工氣門座密封椎鏜刀、加工導管孔槍鉸刀、倒角锪刀三大部分。鏜氣門做密封錐孔面加工刀具為斜切式構造方式，也就是將Z軸向走刀改變為斜切走刀，這同時也是加工刀具的核心主體。在進行氣缸蓋座圈與導管加工之時所用到的阿波羅刀具，應用步驟是首先利用Z軸切入閥座60°，以及135°錐孔面，而后進一步應用滑塊形式實施斜切加工垂直錐孔面。相較于Z軸切入方式，采用锪刀進行錐孔面加工，可更為有效的增強被加工錐孔側母線的垂直性及精度水平。在實施垂直錐孔面加工處理時，此種類型的刀具可被處理為雙滑塊構造形式，依次針對垂直錐孔面實施粗鏜及細鏜加工處理。在加工完座圈錐孔面以后，將刀具退后0.2mm，而后加大轉速保持穩定進度進行導管孔加工。在完成加工處理后，將刀具轉速降至原本水平，鉸刀重新回到初始點。

但同時也需注意到，這一種加工刀具也存在著一定的缺陷問題，即：⑴加工節拍過長；⑵刀具僅可用于專機之上；⑶座圈錐孔面加工采用單刀片完成，磨損性較大；⑷主切削刀片刃口較易產生崩口。

3.2 HSK刀柄連接組合刀具

此種加工刀具多是應用在CNC加工處理中，可同時完成對座圈與導管的粗加工與精加工兩道工序。座圈錐孔面加工刀具共有兩把，其最大的優勢即體現在粗加工刀片加工在發生小崩口后，后道精加工刀片可將前端密封面缺陷切除。基于孔加工基礎引導下，可實現對導管孔的一次成型。當前主流應用的HSK刀柄連接組合刀具加工方式包括了以下兩大類型：

⑴導管引導孔鉸刀通過直柄夾持固定，座圈錐孔面加工刀片固定于較大剛度的整體式刀柄之上。鉸刀切削刃度按照加工導管孔徑設計為2、4、6三種刃數鉸刀，或是帶有導條的鉸刀。針對汽缸蓋導管鉸刀，在導管孔直徑較小，鉸刀直徑不足5mm之時，可依據刀柄頂端調節直徑來選擇尺寸。由于固定螺釘在內控圓周布局會存在著一定的限制性因素，刀柄前端調整跳動螺釘被設計為3種，將會導致調刀工調整受到嚴重影響。對于這一狀況可新增鉸刀夾持區域刀桿直徑來確保螺釘的合理化結構布置，將鉸刀設計呈階梯狀刀桿。

⑵粗加工與精加工刀具刀柄均選用法蘭結構。鉸刀通過FHS結構固定，座圈錐孔面加工刀片固定于法蘭結構上端。

上述兩種刀具結構方式果然有優缺點，其中第一種結構形式在開展刀具加工時，主軸傳導至刀片的作用力較大，加工過程當中的內驅動力不會發生明顯改變；鉸刀頂端刃口跳動每一次都要和三錐孔刀片同時調節，并且鉸刀頂端跳動調節還需花費較長一段時間；此種刀具的加工剛度較高。而第二種結構形式，在座圈和導管的跳動要求較高時，其精度相對較大。機床在應用了數年后仍可對主軸跳動予以有效補足，可確保達到較高的加工精度。在開展刀具加工處理時，主軸扭矩傳導作用力具有一定的短期改變危險，容易導致法蘭處發生一定偏移。法蘭結構刀柄連接和調整需借助于軸向與徑向雙螺釘固定，可能會由于角度偏移而發生刀片崩刃情況；鉸刀頂端在和FHS連接柄充當基礎標準之時，確保跳動量可符合于標準要求的情況下，鉸刀和刀柄連接時間相對較短，同時其頂端無需頻繁跳動。法蘭結構刀柄整體剛度偏低，同時傳導扭矩也步入整體刀柄，因而在進行錐孔面加工時較易產生一定的振動紋理。

4 密封錐孔面精加工

對于座圈密封錐孔面加工所要達到的工藝要求，除了需在高精度機床上配置適當刀具外，還要能夠關注于精加工余量精準預設、加工程序合理化控制。

4.1 精加工余量精準預設

鑒于三錐孔面加工刀片有著一定的磨損誤差，且可體現出法向加工尺寸改變情況，并也可由此確定出三角度交匯線尺寸改變。在三角度法向與Z軸向的預留余量相等時，對比其刀片主切削刃，便可了解到法向變化要明顯超過Z軸向。法向預留0.2mm余量刀片便會產生出較為嚴重的磨損。因此，通常密封錐孔面測量基線誤差需被控制在不超過正負0.1mm之內。

4.2 加工程序合理化控制

座圈密封錐孔面的粗糙性和刀片刃口處理、導體剛度均存在著緊密關聯，最終在加工座圈錐孔密封面之時必須要確保主軸轉動速度與進給量的科學適宜性。座圈密封錐孔面選用適宜的數控設備通過復合刀具進行加工處理，針對座圈三角度采取精加工處置，使原本加工至Z軸處的尺寸，在達到主軸后退出并優化，刀具進給至Z周尺寸，主軸于Z周處轉動3圈退出，由此便可確保座圈可達到較高的密封性要求。借助于對加工程序的優化改進，可有效解決進氣與排氣座圈密封錐孔面的平整度問題，并也能夠使得座圈密封椎孔面泄露問題得以迎刃而解。

5 結語

總而言之，在開展氣缸蓋座圈和導管加工時，盡管對氣門座圈密封錐孔及座圈導管基準的質量控制仍存在著較大難度，但只要能夠依據標準實驗流程來開展加工處理，并同時合理選用氣門閥座及導管孔加工技術，便可達到較高的精度水平。此外，將生產過程當中各項有可能會造成誤差干擾的元素予以消除，氣缸蓋座圈的泄漏量及跳動量的便可得到有效控制，從而實現精益化生產目標。