槍鉸、精車工藝在氣門座圈和導管孔加工中的應用

杭智剛，黃建松，王樹林，李金濤

(1.江蘇大學 機械學院，江蘇 鎮江 212000;2.一汽解放汽車有限公司無錫柴油機廠，江蘇 無錫214000)

0 引言

傳統的氣門座圈和導管孔成組加工主要有以下幾種加工工藝:①先加工導管孔，以導管孔定位，精锪座圈錐面。這種加工工藝存在著導管孔加工精度差，座圈錐面表面粗糙度差和圓跳動量不好等問題。②以“一面兩銷”定位，在一次安裝下，使用專用復合精密刀具加工座圈錐面和導管孔。這種加工工藝對于導管孔的定位精度和復合精密刀具的制造精度要求很高，在實際生產中，無法保證氣門導管底孔的位置度要求。③采用專用機床，根據基準重合原則，以頂面和導管外圓作為定位面，槍鉸導管孔、精锪座圈錐面的工藝方法。這種工藝方法容易保證氣門導管的外圓的中心線與精加工的導管孔的中心線的同軸度要求和提高導管孔的加工精度，滿足產品圖紙要求，但是存在的主要不足是采用成形锪刀進行锪削座圈錐面，使得座圈錐面的粗糙度不好，另外，槍鉸刀和精锪刀是一次性整體刀具，在實際生產中大大增加了生產成本。

因此，解決槍鉸導管孔、精锪座圈錐面加工工藝中存在的座圈錐面表面精度不好，槍鉸刀和精锪刀的利用率低等問題，確保能高效率、高精度、高穩定性的加工座圈錐面和導管孔，是目前改進槍鉸導管孔、精锪座圈錐面加工工藝迫切需要做的工作。這對于提高柴油機的核心競爭力具有重要意義。

1 主要技術要求

CA6DL 缸蓋進、排氣氣門座圈材料為硬粒子分散強化型，型號為X4125，硬度為HRC 40～50。氣門導管材料為鐵基粉末冶金，硬度為HRB 60～100。

主要技術要求如圖1 所示。

圖1 氣門座圈和導管孔的技術要求

2 加工工藝研究

2.1 槍鉸、精車加工的關鍵措施

槍鉸、精車加工是指槍鉸導管孔、精車座圈錐面的工藝加工。這種復合切削加工的是設計一種雙層套裝主軸，加工刀具選擇MAPAL 槍鉸動力頭(如圖2 所示)，在同一軸線上，采用雙速電機變速進行槍鉸導管孔、精車座圈錐面的切削加工。這樣方法可以提高導管孔的直線度以及座圈錐面對導管孔的同軸度的技術要求。

圖2 MAPAL 槍鉸動力頭

2.1.1 氣門座圈加工

精锪氣門座圈錐面加工時，機床主軸是軸向進給，用成形的整體式精锪刀進行加工的，這種加工的缺點在于加工中精锪刀和座圈錐面是一條線接觸，錐面質量取決于刀具的成形精度和耐磨度。所以在生產中很難保證更高的錐面精度。而改成車削座圈錐面，就能很好的解決座圈錐面精度不高的問題。機床主軸采用座圈錐面成形的斜向進給的切削方式，車刀的刀尖和座圈錐面是點接觸，從而對座圈錐面進行連續的切削。這種加工方法使得座圈錐面精度取決于機床進給的狀態和切削參數是否合理，這在實際生產中更加容易得到控制與優化。此外，MAPAL 槍鉸動力頭上的車刀采用的可轉位刀片，能大大增加刀桿的使用價值，降低刀具的成本。

2.1.2 導管孔加工

傳統的槍鉸導管孔加工工藝中，槍鉸刀是多刃的整體式，能滿足導管孔的技術要求。但容易因刀具磨損而造成整根槍鉸刀報廢，槍鉸刀刀桿的利用率不高，不適合在大批量生產中應用。而采用MAPAL 單刃槍鉸刀進行切削加工，由于采用了精密研磨的可轉位刀片，因此大大提高了槍鉸刀刀桿的利用率，降低了刀具成本。此外，刀體上鑲有的2 兩塊短支撐導條起到支撐和吸收切削所引起的振動的作用，這樣有利于提高刀具的剛性，有利于提高座圈錐面對導管孔加工的圓跳動。槍鉸刀因細且長，配有襯套，刀體上4 塊長支撐導條與襯套的配合能起到糾正因壓裝導管而產生的導管孔軸線偏移的作用。

常規的加壓噴淋冷卻方式，不能對槍鉸刀進行及時的冷卻，也不易清除這些殘留在導管孔和氣道內的鐵屑，這主要是由于導管孔的直徑比較小以及氣門座圈與導管孔連接部分的氣道形狀復雜等問題所致，如果選用刀具加壓內冷卻可以很好的解決以上問題，從槍鉸刀柄部到切削刃有1～2 個通孔，使壓縮切削液穿過刀桿并從切削刃旁邊的通孔噴射而出，起到冷卻刀具和沖走導管孔和氣道內的鐵屑的作用。

2.2 定位方式的確定

傳統的座圈錐面和導管孔加工定位中，“一面兩銷”定位方式存在著定位銷與定位孔，氣門座圈和導管孔與定位孔之間的兩種定位誤差，定位精度不好;以頂面和導管外圓的定位方式，不存在上訴定位誤差，并能保證氣門導管的外圓的中心線與半精加工的導管孔的中心線的同軸度要求，定位精度最好。但在大批量生產中，工件一次定位安裝后，刀具一次只能加工一個孔，生產效率不高。

由于傳統加工定位存在諸多缺點，在槍鉸、精車加工工藝中，需要合理選擇定位基準面。采用“三面基準”定位方式雖然存在著氣門座圈和導管孔與定位面之間的定位誤差，但多次工藝試驗加工結果都能滿足產品要求，且這種定位方式的最大優點是，工件在專業機床上一次定位安裝后，采用多個MAPAL 槍鉸動力頭完成一次性加工，大大提供了生產效率。

2.3 刀具材料的選擇

氣門導管材料硬度較低，采用普通的硬質合金刀具加工就可以滿足精度要求，然而X4125 氣門座圈材料硬度很高，一般涂層的硬質合金刀片加工容易出現刀片承受切削力大而易磨損，壽命較低，座圈錐面表面粗糙度差等問題。因此，為了提高刀片壽命，座圈錐面加工精度，生產效率，綜合對比各種刀具材料的優缺點，選用車削座圈錐面刀具所采用的的刀片材料為PCBN(聚晶立方氮化硼)。

PCBN 刀具作為一種高性能的超硬材料刀具，在實際生產中應用PCBN 刀具可以提升工件的加工質量，提高切削加工效率，尤其是對于保證加工精度要求，高效切削等方面發揮了無可比擬的作用。在槍鉸導管孔中，相對于原來的硬質合金鉸刀片壽命500 孔而言，使用PCBN 材質的鉸刀片壽命達到2000 孔。精車座圈錐面時，相對于原來的硬質合金車刀片壽命300 而言，PCBN 材質刀片壽命達到800。PCBN 材質刀片是槍鉸導管孔、精車座圈錐面的理想材料之一。

2.4 切削參數的選擇

在加工過程中，切削參數的選擇對工件的質量和刀具的壽命尤為重要，如果切削速度、進給率太低，刀具容易振動，導致工件表面粗糙度降低;如果切削速度、進給率太高，刀具受到的切削力將會增高，導致刀具磨損加快，刀具壽命降低。在槍鉸、精車加工過程中，由于選擇的MAPAL 槍鉸動力頭，單刃槍鉸刀，精車刀以及采用PCBN 材質刀片等原因，機床主軸轉速、進給率、切削速度將高于槍鉸、精锪加工時的切削參數，將達到高進給、高切削速度的加工狀態，從而大大提高生產效率。綜合多次工藝試驗后確定的較佳切削參數為:

車削座圈錐面:主軸轉速S=1600r/mm，進給F=90mm/min，切削速度Vc=164m/min

槍鉸導管孔:主軸轉速S=2000r/mm，進給F=250mm/min，切削速度Vc=50m/min

3 不同工藝方法與刀具的加工效果的對比與分析

在確定了槍鉸、精車工藝的加工刀具、定位方式、刀具材料、切削參數后，不同工藝方法與刀具的加工效果的對比見表1、表2 和表3。

表1 槍鉸、精車工藝與槍鉸、精锪工藝精度對比

MAPAL 槍鉸刀與整體式槍鉸刀(6 刃)對比情況見表2:

表2 MAPAL 槍鉸刀與整體式槍鉸刀(6 刃)對比

精車刀與精锪刀對比情況見表3。

表3 精車刀與精锪刀對比

從表1、表2、表3 中可以分析得出:

(1)從各項加工精度檢測內容來看，槍鉸、精車工藝要優越于槍鉸、精锪工藝;

(2)MAPAL 槍鉸刀具刀桿利用率高，在大批量生產中，相對于整體式槍鉸刀來說，MAPAL 槍鉸刀具使用的費用低;

(3)精車刀刀具成本相對與精锪刀較高，但是從滿足座圈錐面精度、粗糙度和刀具利用率的角度看，選擇精車刀要遠遠優于精锪刀。

4 總結

本文通過對氣缸蓋座圈錐面和導管孔的加工工藝的研究，可以得出，提高生產效率和加工質量的有效途徑是:選用MAPAL 單刃槍鉸刀提高導管孔的加工精度和槍鉸刀的經濟性;車削座圈錐面提高座圈錐面的表面精度;采用“三面基準”定位方式可以在保證加工精度的前提下，最大化的提高生產效率;采用PCBN 刀具加工高硬度的氣門座圈材料，能提高加工精度及刀具壽命;采用刀具加壓內冷卻方式，提高了刀具的壽命和工件加工質量。因此，采用槍鉸導管孔、精車座圈錐面的加工工藝完全可以滿足座圈錐面和導管孔的加工要求和提高生產效率。

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