氣門錐面跳動超差原因分析及解決辦法

周雅智

湖南天雁機械有限責任公司 湖南衡陽 421005

1 序言

在氣門等零件車磨錐面，以及車外圓、端面時，經常會出現跳動超差問題。本文從測量、工裝和工藝等方面找到原因，并且有針對性地提出解決方案。

2 加工中存在的問題

某氣門車錐面的工藝尺寸要求如圖1所示。車錐面后錐面徑向和軸向圓跳動矢量和常超過0.03mm，可達0.15mm甚至更大。

圖1 氣門車錐面工藝尺寸要求

3 加工工藝過程及檢測

氣門車磨錐面工藝過程：桿料鐓鍛成形→熱處理→校直→切總長（切磨小頭端面）→粗磨桿部→車錐面。

校直就是校桿部直線度以及錐面對桿部的徑向和軸向圓跳動；切總長時以桿部為基準切磨小頭，保證桿部與小頭端面間的垂直度（小頭端面對桿部的軸向圓跳動）；用無心磨床粗磨桿部，保證一定的直線度和圓柱度；車錐面時氣門按圖2所示裝夾，圖3所示為車錐面用單頭彈簧夾頭。

圖2 氣門車錐面裝夾

圖3 氣門車錐面用彈簧夾頭

錐面徑向和軸向圓跳動矢量和的檢測如圖4所示。測量時千分表測頭垂直壓住錐面中心（長交點線位置），左手壓住桿部，右手轉動盤部并使氣門頂住頂尖。

圖4 氣門錐面徑向和軸向圓跳動矢量和的檢測

4 錐面跳動原因分析

影響錐面跳動的主要因素有錐面測量誤差、錐面車磨加工工藝過程和毛坯質量。

4.1 錐面測量誤差

在錐面跳動的檢測中，可能引起測量誤差的主要原因有以下幾點：①V形塊定心是否良好，即轉動氣門時氣門軸線是否產生徑向移動。②氣門軸向定位是否可靠，主要是頂尖是否完全固定。③千分表安裝及表身狀況是否良好，如千分表的安裝角度是否正確，千分表的測頭是否松動等。④氣門自身精度是否引起測量誤差，主要是轉動時是否會產生軸線徑向和軸向移動等。

經檢查發現，實際上產生誤差的主要原因是氣門在轉動過程中會產生軸向位移。設氣門軸向移動量為a，千分表測頭移動量為δ（測頭垂直于氣門錐面），半錐角為α，則δ＝asinα。圖1中α＝120°/2＝60°。

由于檢具頂尖的中心高和V形塊高度都不能進行調整，若不同桿徑的氣門都使用同一檢具，在氣門錐面徑向和軸向圓跳動矢量和檢測時，將導致頂尖偏離被檢氣門的中心軸線，即氣門轉動時，頂尖與氣門桿端面接觸點不固定，其移動路徑是一個圓。由于氣門小端面與軸線不垂直，轉動過程中氣門就產生了軸向移動。設氣門桿直徑為D，偏移量為d（直徑），垂直度（小頭端面軸向圓跳動）為v，則移動量a＝vd/D。

由于工藝的原因，v值常可達到0.1mm。以氣門桿直徑D＝12mm、偏移量d＝4mm、半錐角α＝60°為例，a＝vd/D＝0.1×4/12 ≈ 0.033（mm），δ＝asinα＝0.033×0.866 ≈ 0. 03（mm）。

顯然，當頂尖偏離氣門軸線時，小頭端面垂直度對錐面跳動的檢測影響很大。特別是當δ與實際徑向和軸向圓跳動矢量和相抵消時，可能使本來不合格的氣門被檢測成合格氣門。

4.2 工裝和工藝對錐面跳動的影響

從氣門錐面的加工方法、所用工裝和加工過程等幾方面來分析可能引起錐面跳動超差的原因。在數控車床上用裝在液壓卡盤上的彈簧夾頭夾住桿部車錐面（見圖2、圖3）。首先排除加工方法和設備的問題。車完錐面后，不松夾頭就進行錐面徑向和軸向圓跳動矢量和檢測，沒有出現超差，并且徑向和軸向圓跳動矢量和都在0.01mm以下，說明設備和加工方法沒有問題。然而，對未松夾頭時檢測合格的氣門，取下后拿到檢具上來檢測，發現很多氣門不合格。據此推測可能是由于夾具本身旋轉軸線與夾緊后的工件（桿部直線度合格）桿部外圓軸線不重合導致了徑向圓跳動超差。為此，使用標準氣門夾在夾頭上檢查錐面徑向和軸向圓跳動矢量和時，發現跳動超差，證明了之前的推測是正確的。進一步檢查分析表明，問題在于夾具本身，即夾頭夾緊部分軸線與夾具體安裝后的旋轉軸線不能重合。

在解決了上述問題后，有時還會出現錐面徑向和軸向圓跳動矢量和超差的情況。比較圖2和圖4可以發現，氣門在加工時基準軸線的確定和檢測時基準軸線的確定不一樣，且差別較大。加工時，彈簧夾頭只夾緊了靠近氣門盤端面很短的一段桿部，并由這一小段桿部確定加工基準軸線。檢測時，桿部在兩V形塊上的支撐點形成檢測軸線。加工時，氣門的夾緊位置不在兩V形塊之間。當氣門加工和檢測的兩軸線不能重合時，就必然導致檢測結果與加工結果不一致，從而引起徑向圓跳動超差。分析認為，造成氣門軸線不重合的主要原因是車錐面的前道工序粗磨桿部時，其直線度嚴重超差。

5 解決辦法

針對測量時氣門的軸向移動，可采取以下兩種辦法：①將檢具的頂尖設計成上下可調，使用時把頂尖對準氣門軸線，可以保證偏移量d在0.2mm以內。②測量前磨小端面，使其嚴格垂直于桿部，保證桿端面垂直度v為0.05m m。這樣δ將減小到0.001mm（當α＝60°時），從而對錐面徑向和軸向圓跳動矢量和測量的影響可忽略。

對于夾具問題，有兩種解決辦法：①將夾具做成軸線可調。②提高夾具零件精度，達到氣門桿部夾緊部分軸線與機床旋轉軸線重合。

氣門桿部直線度差的問題，主要是由于粗磨時進給速度過高和光磨時間過短引起的，改正即可。

6 結束語

上述解決氣門車磨錐面跳動超差問題的辦法，對于氣門車磨錐面，車外圓、端面，以及其他零件的類似加工過程中產生的跳動超差問題，都具有指導作用。