淺析缸蓋座圈凡爾線尺寸超差

杜江

摘要：介紹Mapal 座圈刀具精鏜某發動機進排氣座圈的工藝過程;通過使用Mapal 座圈導管刀具對發動機缸蓋座圈凡爾線角度和寬度經常超差問題進行研究;根據密封帶寬度角度其變化規律更改刀具調整的公差，進而提高刀具壽命。

Abstract： This paper introduces the machining process what Mapal valve seat tool fine boring intake and exhaust valve seat ring of an engine;By using Mapal seat ring guide tool the problem that the angle and width of valve line of the cylinder head seat ring of the engine always exceed the tolerance is investigated; The tolerance of the tool adjustment is changed according to the change law of the width and angle of the sealing line， so as to improve the tool life.

關鍵詞：座圈密封帶;Mapal 座圈導管刀具;刀具磨損試驗;刀具調整

Key words： sealing line of valve seat;Mapal valve seat and guide tool;test tool wear;tool adjustment

中圖分類號：TG162.25? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0026-02

0? 引言

發動機缸蓋是汽車動力總成中設計最為緊密復雜的箱體零件[1]，其中最為重要的就是座圈導管的加工，而且精度要求很高，因座圈有很高的硬度， 刀具壽命極低。Mapal刀具研究出一整套座圈導管孔的加工系統，給各大發動機工廠提高了生產效率，并大大降低刀具成本。但是此刀具還有一些的不足，比如：加工首件座圈帶寬角度超差、隨著壽命的增加座圈尺寸不穩定。如何有效的提高刀具的穩定性，降低刀具成本是刻不容緩的事情。

1? 座圈加工工藝介紹

1.1 工藝要求

下面介紹進排氣氣門座圈孔工藝要求：一共2種機型，這2種機型進氣側同屬一種帶寬角度結構，排氣側帶寬尺寸要求是一致的，角度方面機型1和機型2要求上帶寬線角度有變化。如圖1和表1所示。

1.2 座圈加工工藝

所有機型座圈導管刀具均使用的是Mapal 特有的6角型PCBN刀片，如圖2所示：機型1和機型2 進氣使用1把較長的座圈導管刀具，45°角度可以調節，其余度數是不可調節。排氣側使用短的座圈導管刀具，調節機構相同;機型2排氣側使用2把座圈刀具，粗加工刀具3個角度全部都是固定刀片，90°給精加工余量0.1，其余角度在粗加工時已經加工完成。精加工刀具僅1個可以調節的刀片。進排氣，側加工座圈時參數：S∶1009r/min;F∶81mm/min;Fz∶0.08mm/z，加工結束位置空轉2轉，然后退刀。

2? Mapal座圈刀具角度帶寬超差影響因素

2.1 機型1帶寬角度與刀具壽命關系

2.1.1 實驗方案設計

控制變量：①用zoller將刀具加工座圈90°角度的刀片尺寸調成44.82°。②試驗期間刀具未換機床，機床使用的是GROB G520。③加工參數。④冷卻液使用的是8%濃度的乳化液。自變量：刀具壽命。因變量：座圈的角度和帶寬值。實驗方法：將此刀安裝到機床上加工工件，每120件用手檢具檢測角度和帶寬，研究隨壽命增加角度和帶寬的變化。

2.1.2 試驗結果與分析

在控制單一變量的情況下，座圈角度和帶寬的變化如圖3所示：我們發現座圈帶寬角度先變小之后再變大，角度變大的速度隨著壽命增加而變陡。座圈帶寬隨著壽命增加帶寬會邊窄，帶寬變窄的速度隨著壽命的增加而變緩。

因為隨著刀具壽命增加，使用的冷卻液是濃度8%乳化液，PCBN刀片在此條件下可和氧發生化學反應造成PCBN晶體使晶面產生凹陷，晶棱縮小[2]。也就是說刀具磨損經歷初期磨損和正常磨損，后刀面被磨掉，刀刃位置發生改變[3]，到壽命的座圈導管刀具刀片已經磨損形成月牙洼。然后使用zoller對刀儀測量磨損刀片不同位置的角度，如表2所示：加工90°的刀片未磨損的位置角度44.82°與初始調刀值一致，證明刀片未松動，刀片磨損處的角度先變大然后再變小，表明刀片磨損程度已經很嚴重。

將測量出的刀片磨損的角度和位置畫出座圈工件加工的輪廓如圖4看出工件已經形成凸型，圖中標紅的線就是凡爾線角度測量的位置直徑為28.4mm，我們發現此位置角度確實是增加了，符合試驗結果。因為凡爾線位置是根據定直徑測高度得出的，并且加工工件成凸型故凡爾線位置下移動，從而半帶寬寬度長度從0.35mm變成了0.33mm。

2.2 調刀公差設定值影響首件帶寬超差

如果座圈導管刀各個角度刀片的高度調整值不合理，容易造成首件的帶寬超差。如圖5所示假設刀片不磨損，補償值正確、主軸跳動≤5um和刀片未松動的理想狀態情況下，可以將座圈導管刀刀片和公稱高度偏差值與座圈半帶寬和帶寬長度變化w1、w1+w3的關系簡化成的已知邊長L∠A∠B∠C求寬度W1W3的三角函數問題。

當只有S3刀片移動到S3’ 的位置時∠A是直角，∠B、∠C是銳角的條件，∠B >∠A半帶寬變化值=全帶寬變化值w1可表示為：w1=l1Sin∠B/sin（∠B-∠A）

當只有S2刀片移動到S2’的位置時，半帶寬變化值不變化，∠A是直角，∠B、∠C是銳角，∠B >∠A 的條件下全帶寬變化值可表示為：

w3=l1Sin∠C/sin（∠B-∠A）

同理可證，當只有S1刀片移動，同上條件半帶寬變化值w1可表示為：

w1=l1Sin∠B/sin（∠B-∠A）

全帶寬變化值可以表示為w1+w3。

2.3 機型2機床刀具不合理的更換

加工機型2時，當粗精加工刀具其中一把因異常情況需要更換時，如果只更換問題刀具，很容易導致帶寬超差。是因為新刀具磨損和舊刀具磨損不一致。從而導致舊刀有月牙洼，帶寬將少切。而新刀則很鋒利帶寬切得符合理論值。同理如果在刀具加工首件的時候一個角度使用刃口帶圓角的刀片，一個角度使用負倒棱的刀片，圓角刀片將比負倒棱刀片更加鈍，也可能會出現帶寬超差的問題。

2.4 機床跳動

如果機床用200mm驗棒測跳動徑向跳動≤5um對于座圈帶寬和角度影響很小，主軸跳動對帶寬和角度的影響可，如果跳動非常大，機型2這種2刀切的方案粗精刀具跳動方向不一致，會造成工件帶寬和角度超差。比如機型2精加工刀具安裝在跳動大的機床，當機床主軸跳動大的方向和刀片方向一致就會導致加工的角度變小，座圈過切，帶寬變寬，如果機床主軸跳動大的方向和刀片方向相反就會導致加工的角度變大，座圈少切，帶寬變窄。

3? 總結

①總結出帶寬隨著刀具壽命增加而變窄，角度隨著刀具壽命增加而變大，根據此規律我們將機型1進氣側刀具45°調整角度減小，刀具壽命從平均600件提升到了900件。②在機型2我們根據理論計算所得，座圈半帶寬跟45°刀片和55°的高度有關，而帶寬跟55°和35°之間高度和45°刀片高度有關。故我們控制座圈粗加工刀具35°和55°刀片之間的距離公差從±0.02改成±0.01，此機型的首件合格率從50%提高到了90%。本文淺析了座圈角度帶寬超差的因素，根據變化規律制定方案，降低了工件的單件成本。

參考文獻：

[1]金鐳，廖慧陽，陳勇.缸蓋氣門座圈及氣門導管粗精加工方案研究[J].汽車零部件制造技術，2018（2）：39-41.

[2]唐宜勝，許立，張寶坤.CBN刀具磨損機理分析[J].1992，13（2）：100-102.

[3]葉錚.PCB刀具負倒棱對其硬態切削性能的研究[D].合肥：合肥工業大學，2016.