發動機進、排氣門卡簧槽的新型加工方法

雷偉斌 楊承濤 司李南

(①西安航空職業技術學院，陜西 西安 710089；②西安工程大學，陜西 西安 710048)

隨著國民經濟的飛速發展，對交通運輸和工程機械的需求量日益增長，汽油發動機和柴油發動機的產量不斷增加，作為發動機的核心零部件之一的進、排氣門，國內外均由專業的配件廠生產，其產量少則幾百萬，多則千萬只以上，并在力圖實現自動化生產。進、排氣門的結構形狀雖然比較簡單，如圖1所示，但其加工精度要求較高，工藝復雜，加工工序較多，通常可達30多道工序，因此，每道工序的改進提高均具有一定的意義。

氣門卡簧槽傳統的加工方法為車削、磨削，改進后的加工方法為車削后滾壓加工。其加工質量、生產效率均有顯著提高，而且使用壽命也得以延長，現簡介如下，供國內外相關專業同志參考。

1 傳統的加工方法

目前氣門專業廠加工卡簧的方法為，粗加工在普通車床或專用機床上用反頂尖夾持住氣門的前后兩端，用成形車刀根據不同規格型號的氣門所要求的槽(通常為圓柱形和圓錐形)形進行加工，為精加工工序留0.1 mm的余量，精加工在外圓磨床上用反頂尖夾持工件，將砂輪修正成卡簧槽的形狀進行加工[1]，如圖2所示。磨削至Ra0.8 μm的表面粗糙度要求加工時間約20～30 s，班產800～1 000件。

2 改進后的新型加工方法

為了提高氣門卡簧槽加工工序的產量和質量，經過反復試驗開發出了在滾絲機上進行卡簧槽精加工的工藝方法，如圖3所示。

該工藝方法采用一對動、定滾壓輪，其幾何形狀與卡簧槽的成形面相同，為節省較昂貴的材料，在支承板上部焊有一層8～10 mm的硬質合金條，加工時氣門用機械手或人工放置在支承板上，其中心高與滾壓輪的中心等高或低0.1 mm，一對滾壓輪同方法旋轉，動滾壓輪作“快進→滾壓→退回”，卸下并放置新的工件，該工作循環連續自動進行[2]，其工藝參數為：

滾壓輪轉速：36 r/min

滾壓余量：0.05～0.1 mm

滾壓時間：3～5 s

滾壓輪直徑180 mm，寬度20 mm，材料：GCr15，熱處理淬火至58～62 HRC。

3 特點和經濟效益

氣門卡簧槽精加工工序改進后的加工方法具有以下特點和經濟效益。

3.1 生產效率顯著提高

傳統的磨削加工方法除機動時間外，成型砂輪經過一段時間工作后還需要重新修磨，耗費一定的輔助時間，班產通常為800～1 000只，滾壓法精加工氣門卡簧槽僅需3～5 s，班產可達3 000只以上，較傳統的方法生產效率提高3倍以上[3]。

3.2 提高了加工質量

采用磨削法精加工卡簧槽時，砂輪將工件表面的殘留不平度一層一層地磨削下去，從車削的Ra3.2 μm降低到Ra0.8 μm時耗時較多。

滾壓加工是在滾壓輪的滾壓力作用下，將表面殘留不平度的波峰壓下，波谷提升，可迅速降低其殘留不平度，通常可降低4～6級，即從車削的表面粗糙度Ra3.2 μm達到Ra0.2 μm或Ra0.1 μm以上，達到了鏡面效果，如圖4所示幾種不同工藝方法用表面粗糙度測量儀的測量結果比較圖[4]。

3.3 提高耐磨性，延長使用壽命

磨削加工時砂輪從工件表面切除一定的余量，加工后工件表面會產生一定的殘余拉應力，對工件耐磨性有一定影響，滾壓加工時，在滾壓力作用下工件表面層的晶粒被擠壓，位錯密度增加，形成一定的冷硬層，表面硬度有所提升，而且在工件表面層形成殘余壓應力，有利于工件耐磨性的提高，這種提高呈梯次形，表面層提高較多，向工件內部越深則硬度增加越少，直至工件的基體硬度。其硬度提高的百分率可按下式計算：

(1)

式中：H0為工件材料的原始硬度；H為滾壓加工后表面層的顯微硬度。

圖5為經過滾壓加工后其表面層硬度提高的試驗曲線。

當工件表面的硬度提高，具有殘余壓應力則可提高其在高頻率工況下使用壽命，其作用于目前廣泛采用的拋丸強化相類似。

3.4 降低生產成本

滾壓加工卡簧槽時針對一種規格品種僅制造一對滾壓輪即可。長期生產，滿足使用要求，必要時在磨床上修磨一次外徑，便可重復使用，磨削加工時由于成型磨削需要經常修正砂輪，必要時需要更換新的砂輪，因而制造成本高于滾壓加工[5]。

3.5 為自動化生產創造良好的條件

改進后的加工方法在卡簧槽進行精加工時，氣門無需夾持，僅用機械手或人工放置在支承板上即可進行加工，較磨削加工方法易于實現工件的自動裝卸，為氣門生產的自動化和智能化創造了一定的條件。

4 結語

為了改進提高發動機零部件的制造水平，開發了氣門卡簧槽的新型加工方法，將傳統的磨削精加工改進為滾壓加工，使其生產效率，加工質量得到顯著提高，生產成本降低，使用壽命延長，是一種具有一定推廣應用價值的工藝方法，希望能夠對我國發動機零部件制造水平的提高有所裨益和幫助。