發動機零部件密封環槽部位去毛刺工藝

陳秋杰

濰柴動力股份有限公司 山東濰坊 261061

1 序言

密封環槽是發動機零部件普遍使用的密封結構，對保證發動機零部件水腔、油路等部位密封具有重要作用。典型的密封環槽結構（見圖1）有氣缸蓋噴油器襯套底孔環槽部位等。

圖1 典型的密封環槽結構

生產過程中發現，環槽部位加工過程中產生的毛刺（見圖2）較多，裝配過程中會劃傷密封圈及其他零部件，造成氣缸蓋內腔密封失效、漏水等。

圖2 環槽部位的毛刺

通過在環槽部位增加倒角，在一定程度上起到了去毛刺效果。但受切槽刀具制造精度、磨損等因素影響，增加倒角不能徹底地清除環槽部位毛刺。為此一些專家及工程技術人員對發動機零部件去毛刺的方法及技術進行了研究探索[1-3]。

本文以氣缸蓋噴油器襯套底孔環槽部位為例，對環槽部位去毛刺工藝進行研究，比較不同去毛刺工藝的效果及穩定性，確定適宜大批量生產線的去毛刺工藝，徹底消除因毛刺而產生的質量隱患，降低工序廢品率，提高產品質量。

2 去毛刺工藝設計

根據環槽部位毛刺特點及生產線現狀，同時考慮工藝方法的成本、效率，分析確定采用以下3種去毛刺工藝方法進行試驗。

2.1 普通鉸刀與浮動刀柄相結合的工藝

浮動去毛刺鉸刀結構如圖3所示，主要由浮動刀柄、接桿和鉸刀組成。具體使用方法是將鉸刀安裝在浮動刀柄中，加工時刀具有一定的浮動空間，在浮動過程中切削刃將毛刺切削去除。

圖3 浮動去毛刺鉸刀結構

2.2 金剛砂磨料棒與浮動刀柄相結合的工藝

金剛砂磨料棒去毛刺刀具結構如圖4所示，主要由浮動刀柄、接桿和金剛砂磨料棒組成。其中金剛砂磨料棒是常用的人工去毛刺工具，但人工操作工作量大、生產效率低，去毛刺效果一致性不好，難以適應大批量生產需求。將金剛砂磨料棒進行改造后，與浮動刀柄相配合，實現設備自動去毛刺。

圖4 金剛砂磨料棒去毛刺刀具結構

2.3 彈簧刀片去毛刺工藝

彈簧片壓緊式去毛刺刀具結構如圖5所示，主要由硬質合金刀片、銷軸、彈簧片、緊固壓條、螺釘、刀桿及刀體組成。刀片可繞軸旋轉，彈簧片產生的彈力保證切削過程中切削刃壓緊環槽棱邊（工件毛刺部位），定點清除毛刺。彈簧片壓緊、刀片可轉動式刀具實物如圖6所示。

圖5 彈簧片壓緊式去毛刺刀具

圖6 彈簧片壓緊、刀片可轉動式刀具

3 去毛刺工藝試驗驗證

以噴油器襯套底孔φ30H7、切槽φ35.4H9的柴油機氣缸蓋為試切工件，對不同去毛刺工藝方案進行驗證。試驗前對試切工件密封環槽部位毛刺情況進行觀察、拍照記錄，切槽部位外側存在明顯毛刺。內窺鏡拍攝的切槽部位毛刺如圖7所示。

圖7 內窺鏡拍攝的切槽部位毛刺

試驗前對試驗對象底孔φ30H7進行測量記錄，底孔直徑合格。

試驗驗證過程中按規定對機床進行檢查和調整，確認去毛刺刀具安裝正確到位，夾具定位準確、夾緊可靠，程序及參數正確。

3.1 采用普通鉸刀去毛刺效果

首先使用φ29.99mm鉸刀進行試驗。將工件在夾具中定位夾緊，機床按程序自動運行，連續加工10個工件。加工完畢后檢查發現，10個工件密封環槽部位毛刺均被去除，但其中8個工件底孔被二次切削，經測量，底孔局部直徑超差。分析確定φ29.99mm去毛刺鉸刀破壞了已精加工的底孔。

將鉸刀直徑依次磨小至φ29.96mm、φ29.93mm和φ29.90mm，各加工10個工件進行試驗，發現主要存在2種結果：①密封環槽部位毛刺被去除，底孔被二次加工，但去毛刺鉸刀破壞了已精加工的底孔。②底孔完好，但毛刺去除不徹底。

采用鉸刀與浮動刀柄相結合的工藝方案去毛刺，存在底孔被二次加工或毛刺去除不徹底問題，該方法不適用于批量產品生產。

3.2 采用金剛砂磨料棒去毛刺效果

根據采用鉸刀去毛刺的經驗，使用φ29.96mm金剛砂磨料棒進行試驗。將工件在夾具中定位夾緊，機床按程序自動運行，連續加工10個工件，加工完畢后檢查發現，10個工件密封環槽部位外側毛刺均被去除；底孔孔壁有明顯刀痕，為金剛砂磨料棒磨削痕跡。經測量，底孔表面粗糙度合格，底孔直徑合格，底孔未被破壞。

進一步對密封環槽部位去毛刺效果進行觀察，發現10個工件密封環槽部位內側均存在少量毛刺（見圖8）。根據試驗前對試切工件密封環槽部位毛刺情況位進行觀察、拍照記錄以及金剛砂磨料棒結構特點，分析確認使用金剛砂磨料棒去毛刺過程中，將部分外側毛刺推向了密封環槽內側。

圖8 密封環槽部位內側毛刺

采用金剛砂磨料棒與浮動刀柄相結合的工藝方案去毛刺，存在金剛砂磨料棒將外側毛刺推向密封環槽內側問題，該方法不適用于批量產品生產。

3.3 采用彈簧刀片去毛刺效果

采用彈簧刀片刀具去毛刺時，機床及刀具動作順序為：機床主軸不旋轉狀態下，刀具進入密封環槽中部→機床主軸旋轉→機床主軸前進，去除密封環槽一側毛刺→機床主軸后退，去除密封環槽另一側毛刺→刀具返回密封環槽中部→機床主軸停轉→刀具退出工件。

采用彈簧刀片刀具去毛刺方案，由于對加工程序的要求與前兩種方案不同，因此編制了新的機床運行程序，對程序及參數進行調試后進行試驗。

使用理論加工直徑30mm的彈簧刀片刀具進行試驗。將工件在夾具中定位夾緊，機床按程序自動運行，連續加工10個工件。加工完畢后檢查發現，10個工件密封環槽部位大的毛刺被去除，但倒角邊緣仍存在較小的毛刺。倒角較大處產生的二次毛刺如圖9所示。

圖9 倒角較大處產生的二次毛刺

根據試驗前對試切工件密封環槽部位毛刺情況進行觀察、拍照記錄以及彈簧刀片刀具特點，分析確認7個試切件密封環槽部位去毛刺效果不徹底的原因是刀片未到達倒角邊緣時停止了工進，導致倒角邊緣產生較小的二次毛刺。若加大工進行程，會使倒角長度超過圖樣要求，不利于密封。

根據第一輪試驗情況，重新準備密封環槽部位不帶倒角的工件進行試驗。試驗前對試切工件密封環槽部位毛刺情況進行觀察、拍照記錄。

使用理論加工直徑30mm的彈簧刀片刀具，連續加工10個密封環槽部位不帶倒角的工件。加工后用內窺鏡對切槽部位進行觀察，10個工件密封環槽部位毛刺徹底去除。切槽處不帶倒角去毛刺效果如圖10所示。

圖10 切槽處不帶倒角去毛刺效果

將試切件解剖（見圖11）觀察，密封環槽部位外側、內側無毛刺，效果良好。

圖11 試切件解剖

對去毛刺前后工件進行對比，發現在去除毛刺的同時，試切件還出現了以下情況。

1）環槽邊緣處形成了0.3～0.5mm的倒角且輪廓均勻，滿足圖樣要求。該處倒角大小可通過更換刀具中的彈簧片進行控制，可以接受。

2）孔壁上形成了兩道劃痕，可目測，用手觸摸時與無劃痕處同樣平滑；用高精度三坐標掃描儀測量孔壁，劃痕處數值沒有波動。經分析，該兩道劃痕為刀具快進、快退時留下的痕跡，是刀片球形頭部（見圖12）與孔壁接觸留下的痕跡，痕跡的明顯程度與工件材料、刀具彈簧片規格等有關，屬正常現象，非劃傷。解剖檢測無觸摸感，裝襯套進行氣密試驗，無漏氣現象，檢查孔徑，去毛刺前后孔徑未發生變化。綜合以上因素，可判斷劃痕為正常現象，未劃傷工件，可以接受。

圖12 刀片球形頭部

4 批量加工驗證

根據去毛刺工藝試驗結果，將帶彈簧刀片去毛刺刀具的工藝方法應用在生產線中。連續批量生產300個零件，去毛刺效果良好且穩定。

5 結束語

針對發動機零部件密封環槽部位的毛刺問題，設計了3種去毛刺工藝方案并進行試驗驗證，試驗程序合理。根據工藝試驗、批量加工驗證結果判斷，采用彈簧刀片刀具去毛刺工藝方法去毛刺效果良好，徹底解決了發動機零部件密封環槽部位的毛刺問題。

專家點評

該文根據密封環槽部位的毛刺特點及生產線狀況，提出3種去毛刺工藝進行試驗和比較。兼顧去除毛刺的成本和效率，最終采用彈簧刀片刀具去除毛刺的工藝方法，在批量加工中取得良好的效果。

文章實用性強、適用面廣，作者的觀察能力非常敏銳，能夠對加工過程中的一些細節進行分析和改善，徹底解決了發動機零部件密封環槽部位的毛刺問題。