缸蓋閥座幾何輪廓調試流程改善

梁聶恒，黃文成，鄧發平

（東風柳州汽車有限公司，廣西 柳州545006）

1 生產現狀

閥座密封帶幾何輪廓是發動機燃燒室的重要組成部分，閥座與氣門配合，起到密封燃燒室頂部的作用。顯而易見，閥座密封帶的尺寸精度是影響燃燒室密封性能的重要因素。如圖1所示為密封帶的其中的4個關鍵特性值，具體要求表1，也是日常監控中容易超差的尺寸。

圖1 閥座密封帶形狀示意圖（加粗標識）

表1 閥座密封帶關鍵特性值

以一臺缸蓋進氣側的8個閥座孔（見圖2）為例，目前生產線的臥式加工中心，采用一把專用鏜刀（見圖3）同時鏜削加工閥座密封帶和導管孔。鏜削密封帶的刀刃傾斜角與閥座密封帶的半錐角相等。加工時，由于閥座是淬硬材料（HRC50-58），刀刃磨損較快，而這種刀刃的磨損的輪廓會復制在閥座密封帶上，從而影響氣門與閥座在工作時的密封性。因此，刀刃的外觀質量是決定閥座密封帶加工質量的重要過程因素。為此，需要通過更換刀片、調整刀刃傾角、調整加工程序、測量確認等步驟來重新恢復加工工序，以期能穩定加工，達到閥座密封帶的產品尺寸特性要求。

圖2 進氣閥座孔及其剖視圖

圖3 刀具及加工示意圖

我司生產線的生產困難現狀具體表現為：（1）閥座材料硬度高，對刀具的消耗大；（2）每次換刀或機床出現其他故障后，重新調試需要的時間、人力、物力成本大；（3）重新調試時，以及日常對閥座幾何輪廓的尺寸監控中，其檢測手段有限，用輪廓儀、三坐標測量機的檢測節拍較長。以下通過工件準備、加工程序優化、檢測方法優化三方面提出改善，以提高調試效率。

2 工件準備

改善前，為避免直接利用上道工序流轉下來的合格零件調試造成廢品，調試應利用其他工序廢件，故每次調試需要的工件都從廢品區尋找。廢品區的物料擺放雜亂，每次尋找浪費大量時間。且不一定找到合適的工件，只能將上道工序流轉下來的合格工件用作調試樣件，這樣造成物資浪費，成本增加。

經改善，經常性地利用生產間隙，從全線產生的廢品中挑出合適的調試用工件，并定置存放。這樣在下次調試時，直接從定置區域取件，大大減少尋找工件的時間。調試用工件的挑選標準如表2所示。

表2 調試用工件挑選標準

3 加工程序

改善前，當進氣閥座或排氣閥座對應的刀具換刀后，上加工中心試切，直接加工完一臺缸蓋上的所有8個閥座。

經改善，每次只試切1個閥座，留下7個閥座待試切不合格后再用（見圖2），這樣既節省了試切時間，又節省了調試用工件。下一次試切時，同理只取剩余的其中一個未切過的閥座孔。程序中用分號屏蔽掉未試切的7個閥座孔位置坐標[1]，以西門子840D加工程序為例，只試切第一個閥座孔，屏蔽掉其余7個孔，加工程序如下：

.......（省略部分程序語句）

PH1： ；工步一

$P_PFRAME=CROT （X，-72）：DEC_POS[1]：CROT（X，72）：DEC_PI[1]：DEC_US[1]

TEMP

T139

M6（1，3，5830）

MSG（"ROUGH BORING S/GA01 to S/GA08"）

G0 Y-59.06 F700 S5830 D1 M3 M8 M7 H30=22001 H20=21

G0 A=DC（72）

RTP=-30.28+3+15+45+15

RFP=-30.28+3+15

DP1=-30.28+3

DP=-30.28+0.04

VROT=900

VROT1=5830

VAV=90

VAV1=700

G0 G64 Z=RTP M106

G0 X-26.8

REPEAT US_2AV_3ROT ；粗鏜S/GA01

；G0 X-66.2

；REPEAT US_2AV_3ROT ；屏蔽掉粗鏜S/GA02

；G0 X-119.8

；REPEAT US_2AV_3ROT ；屏蔽掉粗鏜S/GA03

；G0 X-159.2

；REPEAT US_2AV_3ROT ；屏蔽掉粗鏜S/GA04

；G0 X-212.8

；REPEAT US_2AV_3ROT ；屏蔽掉粗鏜S/GA05

；G0 X-252.2

；REPEAT US_2AV_3ROT ；屏蔽掉粗鏜S/GA06

；G0 X-305.8

；REPEAT US_2AV_3ROT ；屏蔽掉粗鏜S/GA07

；G0 X-345.2

；M124

；REPEAT US_2AV_3ROT ；屏蔽掉粗鏜S/GA08

；M125

G0 G53 D0 Z0 M5

G0 A=DC（90）

H30=22002

TCY（"PH1"，）

PH2： ；工步二

$P_PFRAME=CROT （X，-72）：DEC_POS[1]：CROT（X，72）：DEC_PI[1]：DEC_US[1]

TEMP

T141

M6（1，3，5787）

MSG（"FINISH BORING S/GA01 to S/GA08"）

G0 Y-59.06 F579 S5787 D1 M3 M8 M7 H30=22002 H20=22；A=DC（62）

G0 A=DC（72）

RTP=-30.42+3+47+70

RFP=-30.42+3+47

DP1=-30.42+1

DP=-30.42-0.02

VROT=1200

VROT1=5787

VAV=80

VAV1=650

G0 G64 Z=RTP M106

G0 X-26.8

REPEAT US_2AV_2ROT ；精鏜S/GA01

；G0 X-66.2

；REPEAT US_2AV_2ROT ；屏蔽掉精鏜S/GA02

；G0 X-119.8

；REPEAT US_2AV_2ROT ；屏蔽掉精鏜S/GA03

；G0 X-159.2

；REPEAT US_2AV_2ROT ；屏蔽掉精鏜S/GA04

；G0 X-212.8

；REPEAT US_2AV_2ROT ；屏蔽掉精鏜S/GA05

；G0 X-252.2

；REPEAT US_2AV_2ROT ；屏蔽掉精鏜S/GA06

；G0 X-305.8

；REPEAT US_2AV_2ROT ；屏蔽掉精鏜S/GA07

；G0 X-345.2

；M124

；REPEAT US_2AV_2ROT ；屏蔽掉精鏜S/GA08

；M125

G0 G53 D0 Z0 M5

G0 A=AC（90）

H30=3

TCY（"PH2"，）

GOTOF END ；跳轉到程序結尾

......（省略中間部分程序語句）

END： ；程序結尾的標識

TCY（"Temps total"，）

FIN：

MSG（""）

RAZ_TEMP

RET

ERREUR：

SETAL（66119）

RET

4 檢測方法

試切完成后，閥座密封帶的寬度和角度一般通過輪廓儀檢測。輪廓儀屬于高精密檢測儀器，對環境溫度、濕度有嚴格要求，還要求被測工件清潔及恒溫處理至少40 min。閥座密封帶的圓度和跳動可通過帶掃描功能的三坐標測量機來檢測，而三坐標測量機對環境及被測工件有同樣的嚴格要求。

為提高調試的效率，特意引進兩款線邊專用檢具，其對環境溫濕度無嚴格要求，只要保證被測工件清潔度，就可快速檢測閥座密封帶的寬度、角度、圓度、跳動。而工件即使沒有在20℃恒溫處理，也可輸入溫度補償值，計算并輸出工件在20℃下的尺寸值。以下，介紹兩款線邊專用檢具的檢測原理。

圓度及跳動專用檢具工作原理如圖2。測頭閥座部分加工一段圓弧面作為測量時的機械基準，即氣門閥座的中心點BE3；導管部分兩截面各2個噴嘴（T1，T2，T3，T4）測量導管孔的中心BE1和BE2；通過公式計算出導管孔相對氣門閥座的同軸度。閥座部分的球形噴嘴（T5）在測頭旋轉過程中，掃描閥座并計算閥座的圓度；同時，通過與導管孔相對氣門閥座的同軸度的測量數據合并計算氣門閥座的跳動[2]。

圖4 閥座密封帶圓度及跳動檢測原理

寬度及角度專用檢具工作原理如圖5所示。檢具以導管孔作為定位及測量基準，在閥座某個縱截面中，球頭噴嘴沿閥座密封帶寬度方向滑行，內部的位移傳感器即可感知閥座輪廓的微小變化，球頭噴嘴一邊滑行，工控機內部的測量軟件一邊掃描計算出閥座的實際輪廓圖形，通過圖形計算，即可輸出閥座密封帶寬度②及角度。

圖5 閥座密封帶寬度與角度檢測原理

5 總結

通過工件準備、加工程序、檢測方法三個方面改善，獲得了以下幾方面的收益：（1）相比于改善前在工件準備時臨時尋找廢件、試切時8個閥座孔同時試切、檢測時工件恒溫處理很長時間這三種狀況，改善后調試時間由4 h縮短到1 h，大大提升了閥座幾何輪廓調試的工作效率；（2）最大程度利用廢件，單次試切只用一個閥座孔；（3）利用線邊專用檢具，對閥座密封帶的關鍵特性值重點監控，加大監控頻次，保證工件質量。