发动机缸盖的座圈和导管孔的加工工艺简述

作者：    来源：国际汽车设计及制造

欢迎访问e展厅 展厅 1 发动机展厅 汽油发动机, 柴油机, 船用柴油机, 天然气发动机, 气缸及部件, ... 发动机工作时，可燃气体在缸盖燃烧室压缩后点燃，座圈承受着很高的热负荷和机械负荷。这要求座圈有很高的耐磨性和密封性。如果气门在工作时发生中心偏移，既会导致有害的热传导和气门及导管孔的快速磨损，还会造成耗油量增加。这对座圈和导管孔的加工精度提出了高要求。笔者所在工厂的缸盖线在工艺规划时就充分借鉴和吸收了许多国际同行的经验和教训，特别是在座圈和导管孔的加工上有着独到之处。 座圈底孔和导管底孔的加工 1，定位方式： 将缸盖下平面和其上的2个工艺销孔作为缸盖加工的统一的定位基准，采用“一面两孔”的定位方式，可以很简便地限制工件的6个自由度，定位稳定可靠，夹紧变形小，易于实现机床自动定位和自动夹紧。通过一次定位可以完成一个缸盖的所有座圈与导管孔的加工，位置精度和生产效率均满足工艺要求。 2，加工流程： 1）复合锪座圈底孔及部分导管底孔：我们选用的是GUHRING的复合锪刀（见图1），2刃、内冷结构，PCD刀片。切削参数是：转速为8000r/min，进给速度为1600mm/min； 2）钻导管底孔：我们选用的是GUHRING的直槽钻（见图2），2刃、内冷结构，PCD刀片。切削参数是：转速为12000r/min，进给速度为3600mm/min。直槽钻的钻尖结构使其可在每条直槽的外缘处刃磨出2条刃带，由于钻头与工件有4个接触点，钻头在加工中更为稳定，从而可以提高加工精度； 3）复合铰锪座圈底孔及导管底孔。我们选用的是GUHRING的复合铰刀（见图3），6刃、内冷结构，PCD刀片。该铰刀带尺寸微调功能。切削参数是：转速为7000r/min，进给速度为2000mm/min。 3，注意事项： 1）如果定位误差过大，会导致加工余量不均匀，造成铰刀铰偏，尺寸超差； 2）直槽钻头的切削刃缺少一个正前角，它的卷屑和断屑能力很差，在加工延展性较好的材料时尤其如此。所以需要机床有较高的主轴转速，切削速度越快，形成的切屑就越小； 3）座圈底孔和导管底孔的加工坐标要与后续的座圈与导管孔的加工坐标尽可能一致； 4）缸盖毛坯的相应位置不能有夹渣、缩孔、冷隔、飞边等铸造缺陷，否则会影响刀具的正常切削。 座圈和导管的压装 1，设备介绍： elwema专机，采用常温方式对座圈和导管进压装（座圈和座圈底孔的过盈量为0.06-0.098mm，导管和导管底孔的过盈量为0.025-0.075mm）。座圈和导管的压装头均同时装有压力传感器和位移传感器，操作工可以通过压力-位移监控系统对座圈和导管的压装状况进行实时监控，当出现漏压、压装不到位、压废（工件尺寸超差、压装件在压头上定位不准）、压斜等故障时，系统能够及时报警，防止不合格件流到下道工序中去。机械手从输送滚道上抓取工件到压装位置进行离线压装，它的优点在于：输送速度快、压装位置（包括角度）可以通过程序调整，也能满足产品变型的需要。在座圈压入过程中，有顶杆顶住气门弹簧底座位置，用于抵消压入力，防止工件变形。 2，注意事项： （1）要检查和确认设备在压装前是否自动对所有座圈底孔、导管底孔喷涂润滑油； （2）将座圈的导向部分由原来的45°斜角结构更改为圆弧结构，防止座圈压偏； （3）设置合理的压力—位移控制参数。以座圈压装为例，座圈的压入状况通过控制器监控：座圈未进人座圈底孔时压入力为零；进入座圈孔时压人力增大，但继续向前推进过程中压力基本保持平稳，压力应在控制范围内；座圈压入到底时压力升高，行程基本不变，到底后的行程与压力应在设定的控制范围内。设定控制值需要根据一定的样本试装数据进行确定，并需要在生产过程中不断优化。 座圈和导管孔的精加工 1、 座圈锥面和导管孔的具体要求： 座圈的凡尔线面对导管孔的跳动量不大于0.04mm，座圈面分别由150°、90°和60°的3个锥面形成。90°面为凡尔线所在面，它的角度公差为30＇，表面粗糙度为Ral.6；导管孔的直径为φ600.025，表面粗糙度为Ra0.2—1.6。座圈、导管的材质均为粉末冶金，排气座圈的硬度为HRA66～76，进气座圈的硬度为HRB75～105，导管的硬度为HRB60～90。 2、 加工设备介绍： 4台Grob双主轴数控专机作为座圈和导管的精加工设备。4台设备面对面布置，组成2个加工单元，每个加工单元的2台设备分别加工缸盖进、排气侧的座圈。加工单元内的2台设备之间工件传输通过回转工作台实现。每台机床同时加工1个工件。通过双主轴、回转工作台交换结构以及可以实现的数控插补功能，充分满足了加工节拍和产品柔性化的要求。 3、 刀具介绍： Mapal的双层套装主轴专用刀具对座圈和导管孔进行精加工，它具有以下优点： 1） 在同一轴线上车削座圈锥面和枪铰导管孔，同轴度能够得到很好的保证； 2） 由于座圈是材料较硬，以锪削方式加工座圈时，刀刃磨损较快，这种磨损缺陷会复制在座圈的凡尔线面上，从而影响密封性。车削座圈就可以避免该问题的发生； 3） 分半精车、精车加工，可以根据需要分配加工余量，减少精车切削力，座圈表面粗糙度可以得到保证； 4） 导管孔的加工采用单刃铰刀，该刀具在铰削过程中是依靠布置在刀体上的两根导向条来导向和支承切削力，对加工余量的不均匀敏感程度较低，这有利于保证座圈与导管孔的同轴度； 5） 可以通过伺服电机变速，解决座圈和导管孔加工切削速度不一致的问题； 6） 可以通过轴向和径向的两轴联动进给方式实现座圈面的不同角度、不同直径的组合加工。 4、 座圈、导管孔的加工步骤（见图4和图5）： 1）主轴以1500r/min旋转，Z轴伺服电机反转，驱动主轴以300mm/min向前快进到起始加工位置； 2）Z轴伺服电机正转，驱动主轴以f1速度向后工进；W1(W3)轴步进电机反转，驱动滑套推动斜进给刀架沿90°滑槽以f2速度沿径向朝内滑动，这时，车刀以f1和f2的合成进给速度（105mm/min）切削出150°锥面。车刀有半精车刀和精车刀2把，刀片为CBN材料，径向沿180°分布，半精车刀切削在先，精车刀切削在后，两者轴向位置相距0.1mm； 3）当精车刀切削到150°面与90°面的交接处时，主轴进给停止；W1(W3)轴步进电机继续反转，驱动滑套推动斜进给刀架沿90°滑槽以105mm/min沿径向朝内滑动，这时，车刀以该进给速度切削出90°锥面。 4）当精车刀切削到90°面与60°面的交接处时，Z轴伺服电机反转，驱动主轴以f3速度向前工进；W1(W2)轴步进电机反转，驱动滑套推动斜进给刀架沿90°滑槽以f4速度沿径向朝内滑动，这时，车刀以f3和f4的合成进给速度（105mm/min）切削出60°锥面； 5）SP1(SP2)轴伺服电机将主轴转速提至3200r/min，W2轴步进电机反转，通过推杆推动枪铰刀（单刃、内冷、PCD刀片）向前进给，铰刀在导向套的引导下，以600mm/min完成对导管孔的加工。铰刀缩回原位。 6）Z轴伺服电机反转，驱动主轴以300mm/min退回，斜进给刀架回原位，加工循环结束。 座圈和导管孔的精密检测 1，座圈的圆度和跳动量的检具。 1）检具的气动测头配置（见图6）： （1）导管部分的2个测量截面有4个孔式气动喷嘴，呈180°分布；座圈部分有l个球形接触式气动喷嘴； （2测量圆度和跳动量时, 测头需要旋转一周，为增加耐磨性，座圈部分镶嵌了6个硬质合金点； （3）手柄部分配有电机，用于驱动测头的旋转； （4）测量时检具手柄定位在定位板上, 用以排除测量结果的人为误差； （5）根据圆度和跳动量的最大公差要求配置综合校准件（最大/最小值）, 用于日常标定。 2，测量原理： 测头的座圈部分有一段圆弧面作为测量的机械基准，测量过程中球心位置保持不变；导管部分两截面各布置2个喷嘴（T1，T2，T3，T4）,测量导管孔的中心BE1=(TI-T2)/2和BE2=(T3-T4)/2；以座圈球心及导管孔的下截面中心BE3为基准轴，计算导管孔的上截面BE2的偏移量α＇=BEI-BE2 x(X-Y)/x；然后将上述偏移量延伸至座圈量规直径BE3上的偏移量α=α＇x y/v，通过公式计算出导管孔相对座圈的同轴度。 计算公式: 同轴度=﹝(Tl-TZ)/2—(T3-T4)/2﹞x﹝(X-Y)/ X))x(Y/V)﹞ 座圈部分的球形喷嘴(T5)在测头旋转过程中，扫描座圈并计算圆度；同时通过导管孔相对座圈的同轴度的测量数据合并计算座圈的跳动量。 2，座圈的角度和密封性的检具。 1）检具的气动测头配置（见图6）： （1）带环形喷嘴的专用气动塞规, 用以测量座圈的密封性； （2）带2 个180°对称分布的球形喷嘴的专用气动塞规，用以测量座圈的角度； （3）角度最小值标准件，角度最大值+泄漏最小值组合标准件和泄漏最大值标准件。 2）测量原理： 座圈密封性测头与量规直径接触位置上布置一个环形气动喷嘴测量座圈的密封性, 在喷嘴气环的上下端各有一个宽度约为0.1mm理想贴合面, 与座圈贴合，气环处于座圈量规直径处，测头最大程度模拟座圈与气门的装配状态；如果与座圈与气环上下贴合之间完全密封，则压缩空气无法从气环中流出；反之，如果缸盖座圈的圆度、跳动、粗糙度等工艺参数不合格，或存在断带等加工缺陷时，都会造成气环中存在一定的气流量，气流量的大小通过与最大、最小泄漏标准件的对比，可以得出被测座圈的泄漏量。 座圈角度侧头靠近座圈上边缘有一条宽度为0.1mm的环形定位面，靠近座圈下边缘处2个180°对称布置的球形喷嘴，当球形接触式气动喷嘴测量座圈的角度变化时，球形气动喷嘴的位移量也会随之发生变化，将变化量与角度标准件进行对比，可以得出被测座圈的角度值。 结束语 通过对缸盖生产线的座圈和导管孔的加工工艺的了解和研究，相信对我们的工艺规划和产品质量的工作有着很大的帮助。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/14/2013)