大型氣缸蓋排氣閥孔用的斜孔鉆孔工裝

廖柳青，帥 虎

（廣州柴油機廠股份有限公司，廣東廣州 510370）

0 引言

G32 氣缸蓋是某司G32 系列柴油機（最大功率達8000 kW)上的重要零件，其上分布有進氣閥孔、排氣閥孔各2 個，每個排氣閥孔壁分布有4 個不同空間角度的冷卻水斜孔，并且斜孔不在正常加工基準面內（圖1）。柴油機氣缸蓋排氣閥溫度能否在正常范圍，取決于閥座的冷卻水孔是否暢通。為讓冷卻水正常流通，該孔就必須嚴格按要求加工，保證相關空間角度在設計范圍內。若采用數控機床加工，不僅需要設計制造大型的工裝，某司也不具備大型臥式加工中心或者大型五軸加工機床，若購置新設備，成本投入非常昂貴。

圖1 G32 氣缸蓋排氣閥孔壁Φ8 斜孔位置

1 加工方案

鑒于上述加工難點，在不投入高額大型數控機床或五軸加工中心的前提下，設計采用萬向鉆床配合快速定位夾具工裝，實現該柴油機氣缸蓋閥座冷卻水孔的加工。充分理解蓋零件設計使用特性及所用機床特點，利用該G32 氣缸蓋零件特點制造了定位安裝碼夾，結構簡單，設計巧妙，尺寸小巧，操作簡便，生產效率，經濟高效地解決了此問題。該夾具的顯著特點是利用了鋼珠的快速卡位來達到夾具的定位碼緊快換的作用。

2 工裝方案

設計所述獨立鉆孔工裝1 套，借助萬向鉆機床鉆孔的方法加工，可以大大節省大型鉆孔工裝費和設備投入費（圖2）。該工裝上的夾具本體需要與待加工孔有固定的位置關系，夾具體根據氣缸閥座冷卻孔形狀設計成多級圓柱體結構，使夾具體充分與被加工的閥座孔貼合，實現徑向零誤差；夾具體上的臺階面與排氣閥孔臺階面貼合實現夾具體軸向的定位，實現軸向零誤差。1 個閥座孔內有2 個冷卻水孔，根據氣缸蓋上冷卻水孔位置分別在其2 個排氣閥孔表面各劃一條線，其夾角為14°，與設計圖紙匹配，夾具體上的刻線分別對準排氣閥劃線，實現其旋轉方向的定位，方便加工2 個角度的孔。

圖2 氣缸蓋排氣閥孔壁斜孔鉆孔

同時，夾具體上設計的斜孔與氣缸蓋閥座冷卻水孔角度一致，均為15°，保證與設計圖紙吻合；為了保證夾具體斜孔不容易被加工時的鉆頭磨損，保持夾具體應有的精度，設計在斜孔上加裝1 個固定鉆套（圖3）。該鉆套采用T12A 碳素工具鋼作為材料，該鋼是過共析鋼，由于含碳量高，淬火后仍有較大的過剩碳化物，可加工性好、價格便宜、來源容易，適合制造尺寸小、形狀簡單、輕負荷的工具，以及要求硬化層不深并保持高韌性的冷像模等。

圖3 固定鉆套

由于淬火工藝的特性，零件在淬火前要將銳利邊角打磨圓滑，避免出現裂紋。將該固定鉆套兩端車成圓弧狀，一方面避免淬火出現裂紋，另一方面方便鉆孔時鉆頭進出，容易導向。由于該材料含碳量很高，加工出來的固定鉆套經過淬火后硬度可以達到58～62 HRC，具有極高的硬度和耐磨性，能保證夾具體不容易被磨損，保持鉆孔的穩定性，保證精度。

確定該工裝鉆模體的位置關系后，需要固定夾具鉆模體，以保障鉆孔效果。一種方式是需要借助工件上的螺紋孔擰入螺釘，將鉆模與工件固定；另一種方式是借助壓板通過螺釘將鉆模體與工件碼緊。G32 氣缸蓋排氣閥孔周邊沒有螺紋孔，通常只能依靠壓板碼夾的方式固定，但這種固定方法需要增設長螺桿、壓板、后枕鐵、鎖緊螺母等零件，每次裝拆都比較繁瑣操作不方便，8 個孔需要裝拆8 次耗費很多輔助工時。

該排氣閥座是由三級遞減的內孔組成，中間級內孔是冷卻及避空位設計，可以利用該段內孔，在夾具鉆模體的相應位置設計使用鋼珠的快速卡位來達到夾具的定位碼緊快換功能，使用效果非常好。在夾具鉆模體中間級外圓處加工有裝入鋼珠的孔，并且在相應位置的頂端面上加工有推動鋼珠往外移動的螺紋孔。通過該螺紋孔裝入頂桿螺栓，推動鋼珠往外移動，迫使鋼珠與夾具鉆模體中間級內孔卡緊，使夾具鉆模體牢牢地固定在閥座孔上。

夾具鉆模體各級外圓與氣閥孔各級孔間隙配合，在鉆模體上有與排氣閥孔壁上的斜孔角度一致的鉆套孔，固定鉆套壓入鉆套孔。在鉆模體側面與徑向垂直方向設計有特殊穿孔，該孔側面與鉆模的外圓穿透，底孔不穿透，且側面穿孔處的寬度要小于該特殊穿孔直徑，不讓鋼珠跑出。將與特殊穿孔直徑相當的鋼珠塞入孔中，保持間隙配合，然后用塞子堵住特殊穿孔孔口，防止鋼珠跑出。在鉆模體頂端面設計有與上述特殊穿孔垂直貫通的螺紋孔，調整螺釘末端設計成錐形，并擰入孔中。鉆模體上的一條劃線對準排氣閥孔劃線。調整螺釘向下擰緊，其末端的錐面將鋼滾頂出，使鉆模體與排氣閥孔固定。加工時，加長麻花鉆通過固定鉆套導向，鉆加工排氣閥孔壁Φ8 mm 斜孔。調整螺釘向上擰，鋼珠與調整螺釘錐面脫開，鉆模體與排氣閥孔松開。旋轉鉆模體，使鉆模體上另一條刻線與排氣閥孔劃線對齊，實現另一斜孔的加工。

3 結語

該工裝的設計投產后，操作方法快捷方便，鉆孔質量好，定位精度高，生產穩定高效。同時該氣缸蓋卡脖子工序得到解決，既經濟又高效，為零件的量產鋪平了道路。