缸蓋氣門閥座和導管孔的加工技術(shù)

缸蓋是內(nèi)燃機的重要部件，它的加工精度直接影響到發(fā)動機的工作性能。發(fā)動機工作時，由于可燃氣體是在缸蓋燃燒室壓縮后進行點燃，致使氣門閥座承受很高的熱負荷和機械負荷。這既要求閥座有很高的耐磨性，還要有很好的密封性。如果閥桿工作時中心發(fā)生偏移除了會導致有害的熱傳導和閥桿及導管孔的很快磨損外，還會造成耗油量的增加。因此，對氣門閥座和導管孔的加工精度提出了很高的要求，特別是對氣門閥座工作錐面與導管孔的相互間的同軸度規(guī)定了很嚴的公差。

對于汽油發(fā)動機，同軸度允差規(guī)定為0.015-0.025mm，而對于柴油機則僅為0.01-0.015mm（在燃燒室中，柴油可燃氣體的壓縮比要比汽油大2-2.5倍）。在大批量生產(chǎn)中，要穩(wěn)定的保持這樣的公差，除需要優(yōu)化加工工藝外，定位基準的選擇，專用刀具和精鏜頭的合理結(jié)構(gòu)及其精度均具有重要的意義。
氣門閥座和導管孔的加工是缸蓋加工的關(guān)鍵技術(shù)。長期以來，國內(nèi)外許多組合機床和刀具制造廠，如大連組合機床研究所、Ex-Cell-O、Alfing、Grob、Hüler Hille、Ernst Krause & Co等機床廠和Komet、Plansee、Beck、Mapal等刀具廠都十分重視這類技術(shù)設(shè)備及專用刀具的開發(fā)。近幾年來，特別是在專用刀具開發(fā)方面取得了長足進步，這對提高加工精度、刀具耐用度和加工效率起著積極作用。 氣門閥座和導管孔的底孔加工




氣門閥座和導管孔的底孔精度是直接影響氣門閥座和導管孔終加工精度的重要因素。因為底孔的同軸度誤差（一般應低于0.02-0.05mm）會造成氣門閥座和導管孔精加工余量的分配不均，從而影響到終加工精度。 為保證閥座和導管孔底孔的同軸度公差，許多廠家采用專用復合刀具，并分鉆擴、半精鏜、和精鏜三道工序進行加工。在精鏜時，為增強細長鏜桿的剛性，大多數(shù)采用硬質(zhì)合金鏜桿（圖1），但也有采用背導向支承的方式（圖2）。由于硬質(zhì)合金的彈性模數(shù)（E＝500000N/mm²-630000N/mm²）比鋼（E＝200000N/mm²）約大3倍，因此，選用硬質(zhì)合金制作的鏜桿可獲得較好的剛性（R＝3EI/L³）。采用背導向支承方式，同樣也可增強鏜桿的剛性，但為確保支承效果，背導向的支承導套與鏜桿中心應保持足夠高的同軸度，在結(jié)構(gòu)上也比較復雜。
缸蓋的定位
精加工氣門閥座工作錐面和導管孔時，多數(shù)是以與缸體的接合面和該平面上的兩個定位銷孔進行定位。這種曾被普遍應用的一面二銷的定位方式，由于夾具定位銷與閥座、導管孔之間的位置誤差以及相鄰閥座（和相鄰導管孔）之間的位置誤差均會造成加工余量的偏移，在最終精加工時，導致剛性差的鉸刀也隨之產(chǎn)生加工偏移，所以采用這種定位方式并非總能達到規(guī)定的精度。
因此，為確保加工精度，必須要減少定位誤差以提高加工余量的均勻性，否則閥座和導管孔應分兩次加工才是比較合理的。
缸蓋采用平面和導管孔外圓進行定位，可以顯著減少上述的定位誤差（圖2右）。采用這種定位方式，夾具的定位導套與機床主軸應保持很嚴的同軸度，以確保加工余量的均布。這樣，閥座和導管孔只需進行一次性加工就能達到規(guī)定的公差。但是，缺點是在一個工位上只能加工一個閥座及導管孔。與采用一面兩銷定位方式相比，生產(chǎn)率要低一些，也就是，在保持同樣生產(chǎn)率的情況下，需要增加一定數(shù)量的加工工位，從而增加了生產(chǎn)線的長度。 加工氣門閥座和導管孔的專用刀具

采用一把專用刀具同時加工氣門閥座和導管孔有利于提高同軸度。加工閥座的工作錐面，一般是采用锪削和車削兩種成型工藝。锪削的刀刃傾斜角要與氣門閥座工作錐面的半錐角相等。加工時，由于閥座是淬硬材料（HRC50-58），刀刃的磨損較快，而這種刀刃磨損的輪廓會復制在密封錐面上，從而影響到閥座工作時的密封性。但其優(yōu)點是刀具的結(jié)構(gòu)和刀具切削運動的控制較為簡單，加工效率也較高。
用車削工藝加工閥座工作錐面可避免锪削時出現(xiàn)的缺陷。加工閥座時，一般需要加工閥座的端面，75°錐面和45°的工作錐面。前兩個面的加工是為了獲得一個寬度恒定的工作錐面。圖4是加工閥座和導管孔的專用刀具，在專用刀具上傾斜布置的滑板刀架用于車削閥座的工作錐面，附加固定安裝的三把刀具則用來加工閥座的端面、45°和75°錐面。由裝在專用刀具端面處的導向套對加工導管孔的鉸刀進行導向。為保證導向套與機床主軸的同軸度，在導向套裝入刀體后可以再對導向套進行磨削，以消除構(gòu)件的制造誤差和裝配誤差。專用刀具刀體的導軌是精確按閥座工作錐面的角度制造的，所以可保證工作錐面的加工精度和重復精度。




加工開始前，分別推動滑板和鉸刀運動的兩個推桿位于起始位置，以便使車刀和鉸刀都處在加工的初始位置（鉸刀僅伸出導向套幾毫米）。加工開始時，固定安裝的刀具首先锪閥座和端面（刀刃Ⅱ）和倒棱（刀刃Ⅲ和Ⅳ）（圖3）。接著這些刀具后退約0.2mm，使刀刃Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ脫離加工面，并使裝在傾斜滑板上的車刀處于待加工位置，此時通過推動外層推桿使滑板實現(xiàn)進給，對閥座工作錐面進行精車。加工完后在滑板移到終點位置時，按鉸削速度調(diào)整專用刀具的轉(zhuǎn)速，內(nèi)推桿推動鉸刀實現(xiàn)導管孔的鉸削加工。當鉸削結(jié)束后，內(nèi)推桿退回并使刀具退到起始位置。
如果采用CBN刀具車削閥座工作錐面時，由于要采用很高的轉(zhuǎn)速（2000r/min-3600r/min），加工時產(chǎn)生的離心力會影響到加工精度，因此，對于這種專用刀具應采用平衡滑板。
隨著高速加工中心進入汽車生產(chǎn)領(lǐng)域，越來越多的缸蓋已轉(zhuǎn)向采用加工中心來進行加工。由于加工中心難于在主軸后端設(shè)置推動鉸刀實現(xiàn)進給的油缸，故只能尋求別的辦法。Mapal和Beck公司已開發(fā)出利用離心力控制的適合于加工中心使用的專用刀具（圖5）。這種刀具在加工閥座和導管孔時，刀具先是以1000r/min的轉(zhuǎn)速锪削閥座錐面，加工完畢后，刀具后退約0.2mm，接著刀具轉(zhuǎn)速提高到5000r/min，此時活塞依靠所產(chǎn)生的離心力而徑向外移，擠壓油腔中的油，并借助于閥門的控制以恒定的進給速度推動鉸刀對導管孔進行加工。當導管孔加工完畢后，專用刀具的轉(zhuǎn)速再降至1000r/min，鉸刀自動退回到起始位置。 鉸刀 用于終加工導管孔的刀具既有采用單刃鉸刀，也有采用多刃鉸刀的。由于單刃鉸刀在鉸削過程中是依靠布置在刀體上的兩根導向條來導向和支承切削力，因此，它對加工余量的不均勻敏感程度較低，這有利于提高氣門閥座工作錐面與導管孔加工的同軸度。
而采用多刃鉸刀，由于可采用較高的進給速度，導管孔的加工時間一般可比單刃約縮短75％，但這種鉸刀對不均勻的加工余量比較敏感，會影響到閥座工作錐面與導管孔加工的同軸度。目前，從組合機床自動線上的加工技術(shù)水平出發(fā)，采用單刃鉸刀有利于確保加工精度。
主軸部件
根據(jù)經(jīng)驗，氣門閥座和導管孔的加工精度在較大程度上與主軸部件的剛性和精度有關(guān)。所以，主軸部件的徑向跳動應低于2mm，端面跳動不大于1.5mm。這些偏差的大小直接決定閥座工作錐面的加工圓度，也就影響到閥座工作時的密封性。
主軸部件多數(shù)采用三聯(lián)（或雙聯(lián)）角接觸球軸承為前軸承，采用雙聯(lián)角接觸球軸承為后軸承，軸承的精度等級一般采用P4。 氣門閥座和導管孔加工精度的自動檢測。
在自動線上為對缸蓋的加工質(zhì)量進行監(jiān)控，通常在精加工工位后面設(shè)置測量工位。圖6所示是缸蓋氣門閥座和導管孔綜合精度的自動測量裝置。該裝置采用四個氣動測量頭同時對四個閥座和導管孔進行測量。在測量閥座工作錐面的測量頭上設(shè)有隙縫寬度約為50mm的環(huán)形噴嘴，測量導管孔的心棒同樣設(shè)有測量噴嘴。當該心棒低速引入導管孔時，對閥座工作錐面自動定心和找正，這是通過專門設(shè)計的滾動軸承來實現(xiàn)的。并借助于彈簧給測量閥座工作錐面圓度的測量頭施加一定的貼合力，使測量頭靠在工作錐面上。當接通壓縮空氣進行測量時，就可以通過從環(huán)形噴嘴中排出的氣體量來測定： 閥座工作錐面的圓度 導管孔的圓度 閥座工作錐面對導管孔的跳動誤差 。

結(jié)束語
從對氣門閥座和導管孔多種加工技術(shù)的分析中，可以提出提高其加工精度的下列途徑：
為提高閥座工作錐面與導管孔的加工同軸度，應確保導管孔加工余量的均布，這可以通過采用缸蓋接合面和導管外圓進行定位的方法來達到。 閥座工作錐面采用車削工藝可避免锪削工藝出現(xiàn)的一些缺陷。 終加工導管孔采用單刃鉸刀有利于克服加工余量偏移引起的加工誤差。 采用高速車削閥座工作錐面時，應用裝有平衡滑板的專用刀具。 主軸部件的軸向和徑向跳動應分別低于0.0015mm和0.002mm。
隨著刀具材料和專用刀具的不斷發(fā)展和推廣應用，特別是適合于加工中心用的專用刀具的不斷開發(fā)和完善，將進一步提高氣門閥座和導管孔的加工精度、加工效率和加工柔性。