氣缸蓋氣門座圈坡口錐面及導管內孔加工

辛集市辛缸氣缸蓋有限公司（河北 052360）李惠朝 王 巧

氣缸蓋作為發動機上的核心零件之一，其加工精度對發動機性能的影響至關重要，特別是氣缸蓋氣門座圈坡口錐面和氣門導管內孔的加工，直接影響發動機氣門的密封性，進而影響發動機的使用性能。根據我公司多年來生產氣缸蓋的經驗，對比多種工藝方案，找出了合適的加工工藝方法。

1.加工部位的精度要求

從圖1可以看出，為保證氣缸蓋的使用性能，氣門座圈坡口錐面和氣門導管內孔的加工精度要求較為嚴格，氣門導管內孔的圓柱度為0.008 mm，直線度為0.012 mm，氣門導管內孔軸線對底面的垂直度為0.04 mm；氣門座圈坡口錐面的角度公差僅為30′，對導管內孔的跳動為0.05 mm，氣門下限量公差為±0.1 mm；氣門導管內孔和氣門座圈坡口錐面的表面粗糙度值Ra≤0.8 μm。

2.手工鉸削的工藝方法

我廠原來是生產農機氣缸蓋的專業廠，產品主要面對維修市場，因而氣門座圈坡口錐面的加工工藝多采用氣門導管內孔導向的手動鉸刀加工方法（見圖2），邊鉸邊測量（見圖3），來保證錐面對氣門導管內孔的跳動要求，而氣門導管內孔的相關精度（直徑、垂直度、圓柱度和直線度等）要靠氣缸蓋本體加工時形成的氣門導管安裝孔的初始精度和氣門導管的制造精度來保證。所用工藝裝備只有一把手鉸刀、一套測量量具。

這種工藝方法的優點是操作簡單，不需設備投資，不需專門培訓，用氣門導管內孔導向，不會影響氣門導管內孔對底面的垂直度（氣門導管內孔對底面的垂直度靠缸蓋本體底孔精度保證）。

但由于是手工操作，存在很多缺點：

（1）因氣門導管內孔與手鉸刀桿存在間隙，加上人工鉸削時力量不均勻，極易造成錐面角度超差。

圖1 氣門座圈坡口錐面及導管內孔精度要求

圖2 手鉸座圈坡口錐面

圖3 測量錐面跳動

（2）由于手工操作的不連續性，導致錐面表面坑洼不平，盡管測量跳動在公差范圍之內，但如果局部放大來看，錐面表面不夠平整光滑，表面粗糙度難以保證。

（3）人工操作效率極低，勞動強度也很大，為與其他工序匹配，該工序需由多人擔負加工任務。

（4）用該工藝生產出的產品，在裝配時需要10 min以上的研磨才能保證氣門不漏氣，生產配套產品時，柴油機裝配線上必須配備研磨機。

（5）該工藝方法在小批量農機產品上可以滿足使用要求，但無法滿足汽車和船用機械的裝配要求。

3.立式鉆床加工工藝方法

針對手鉸工藝存在的缺陷，為了降低勞動強度、提高生產效率，我們在20世紀末開始探討采用立式鉆床加工氣門座圈坡口錐面（導管內孔的精度保證方法同手鉸），其刀具結構如圖4所示（測量方法同手鉸）。

這種方法雖然解決了人工用力不均造成的角度超差、表面粗糙度超差、操作不連續以及工序匹配等問題，但是仍然存在下列問題：

（1）立鉆加工時，使用氣缸蓋頂面定位，因氣缸蓋面加工時形成的頂面和底面之間的平行度誤差影響，加工出的產品在測量時有的跳動值還沒有手工鉸削得好。

圖4 立式鉆床用锪座圈坡口錐面刀具

（2）有的氣缸蓋裝配后氣門導管高出頂面許多，要想在立鉆上加工氣門座圈坡口錐面，需在氣缸蓋與立鉆工作臺之間增加一個輔助墊，又增加一個影響精度的不利因素。

（3）所使用立鉆是新設備時尚好，隨著設備老化，其主軸與工作臺面的垂直度發生變化，也會影響加工后氣門導管內孔與氣缸蓋底平面的垂直度。

（4）立鉆主軸是固定的，只能靠人工拉動氣缸蓋以找準導管孔位置，因與工作臺面摩擦，很容易造成氣缸蓋頂面的表面劃傷。

（5）立式鉆床加工座圈坡口錐面的刀具制作復雜，多重配合更易形成誤差。

（6）用該工藝生產出的產品在裝配時仍然需要研磨才能保證不漏氣，即柴油機裝配線上必須配備研磨機。

（7）這種工藝方法雖比手鉸有所進步，但同樣僅適用于精度要求較低、生產數量較少的農機產品，仍無法滿足汽車和船用機械的要求。

4.槍鏜工藝

槍鏜工藝采用槍鏜設備，一次裝夾工件多軸同時加工，氣門座圈坡口錐面和氣門導管內孔一次加工成形（氣門導管內孔留適當的加工量），氣門座圈坡口錐面低速鉸削加工，氣門導管內孔采用高速鏜削加工，氣缸蓋加工時采用底平面和底平面上兩只定位銷孔定位，其加工精度及生產效率非常高，加工精度不受氣缸蓋本體和氣門導管安裝孔本身精度影響，槍鏜加工后裝配氣門時可實現免研磨，對于單一品種和系列產品生產的主機廠來說確實是一種保證氣缸蓋關鍵部位加工精度的好方法，因而一度在內燃機主機廠被廣泛采用。然而對于我們這樣的氣缸蓋專業生產廠而言，還是不太適用，因為：

（1）設備昂貴，且多為多孔同時加工，專用性特別強，一臺設備只能對應一種產品。

（2）槍鏜所用的刀具相當貴，多為進口，每把刀具價格動輒就是數萬元，對于以低成本、低價位占領市場的配件廠不太合適。

（3）現實社會工業化進程不斷提速，先進技術飛速發展，內燃機更新換代十分頻繁，一個品種幾十年一貫制的狀況已經一去不復返了，而槍鏜工藝難以滿足品種更換的需要，產品淘汰時將造成設備閑置。

5.加工中心結合專用刀具的加工方法

近年來，我公司產品逐步走出單一化，生產品種已經覆蓋了農機、汽車和船用機械等領域，且大部分產品為主機廠配套，有些甚至出口到國外，這就需要我們提高工藝水平，全面達到圖樣要求，實現氣門裝配的免研磨。借助于槍鏜工藝的理論基礎，通過公司技術人員的認真分析和探索試驗，根據主機廠對氣缸蓋關鍵部位精度的要求，我們嘗試了一種替代槍鏜的加工方法，即立式加工中心和專用刀具組合的加工工藝。

利用立式加工中心自身重復定位精度高、主軸剛性強、自動變化切削速度和自動更換刀具等特點，結合自制刀具實用性強、制作成本低的優勢，在氣缸蓋上裝氣門座圈及氣門導管時預留有一定加工余量，并采用底平面和底平面上兩個定位銷孔定位的方式，一次裝夾后加工氣門座圈坡口錐面和氣門導管內孔，加工精度完全能滿足圖樣要求。具體工藝方法是：

（1）當生產批量比較小時，進排氣可以用一臺加工中心加工。精鏜進排氣氣門導管內孔；锪鉸進氣門座圈坡口錐面，同時研擠進氣門導管內孔；锪鉸排氣門座圈坡口錐面，同時研擠導管內孔。

（2）當生產批量比較大時，進排氣可以分開，用兩臺加工中心加工。精鏜進氣門導管內孔；锪鉸進氣門座圈坡口錐面，同時研擠進氣門導管內孔；精鏜排氣門導管內孔；锪鉸排氣門座圈坡口錐面，同時研擠導管內孔。

（3）加工工裝采用與底孔加工同樣的定位方式（底平面與底平面上兩銷定位孔），可減少定位產生的誤差，確保導管內孔與底面的垂直度要求。工裝如圖5所示（一次兩件）。

試驗結論為：一條生產線上一般放置兩臺立式加工中心即可，批量增加時可相應增加加工中心數量；通過更換專用夾具和刀具，可實現不同品種氣缸蓋的加工；氣缸蓋較小時，還可以一次加工兩件。該工藝方案較好地保證了氣門座圈坡口錐面對氣門導管內孔的跳動、氣門導管內孔的圓柱度及直線度，較好地解決了一臺設備只能對應一種產品的難題，不僅實現了裝配時的免研磨，又能滿足農機、汽車及船用機械的需求，是一種適合我公司目前生產實際的切實可行的解決方案。

圖5 數控加工座圈坡口錐面及導管內孔工裝示意圖

試驗成功后，在公司進行了推廣，目前公司各條氣缸蓋機加工生產線均配齊了加工中心，全面實現了外供氣缸蓋免研磨，既滿足了不同客戶的產品精度要求，又為公司節約了巨大的開支。

6.結語

綜上所述，經過幾十年的優化改進和艱辛探索，終于找到了一種適合我公司的工藝方法。由此得出如下結論：不同的客戶群體、不同的產品要求、不同的生產綱領、不同的企業規模、不同的生產方式以及不同的發展階段，可以采用不同的工藝方案，要具體情況具體分析，根據本企業的產品結構、客戶需求、資金能力及勞動力來源等，采用適合本企業的工藝方案。

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專家點評

該文針對零件的加工精度要求，分別介紹了幾種加工方案，并分析了各種方案的優缺點，可以看到，隨著設備和工藝裝備的不斷進步和發展，零件的加工也從開始的手工操作逐步發展為采用高精度、高效率的機械加工方法。實際生產中可以根據產品要求、生產規模及生產成本來決定采用何種加工工藝方案。