韋海燕

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西 柳州545005）

長期以來，在國內(nèi)和國外，很多的科學(xué)家和研究學(xué)者都對(duì)氣缸蓋氣門座圈與導(dǎo)管孔的加工工藝進(jìn)行了研究和分析，并且進(jìn)行了很長時(shí)間的實(shí)踐。目前已形成了很多的工藝方法，對(duì)這些工藝方法進(jìn)行總結(jié)和歸納，氣缸蓋氣門座圈與導(dǎo)管孔的加工工藝大致分為2種：

第1種：先加工氣門導(dǎo)管，接著用成品的氣門導(dǎo)管孔作為氣門座錐面加工的導(dǎo)向來加工座圈錐面。

第2種：先加工氣門座圈與導(dǎo)管底孔，通過氣門座圈與導(dǎo)管的壓裝工序之后，同時(shí)加工氣門座圈與導(dǎo)管孔。

在本文中，將分析氣缸蓋氣門座圈與導(dǎo)管的兩種工藝方法，并且探討這兩種工藝方法的加工精度、加工特點(diǎn)。

1　使用成品的氣門導(dǎo)管作為加工基準(zhǔn)

使用成品的氣門導(dǎo)管作為加工基準(zhǔn)的工藝方法是：使用成品的導(dǎo)管孔作為氣門座圈加工用的定位基準(zhǔn)，通過在機(jī)床上加工氣門座圈的錐面之后繼續(xù)對(duì)氣門座圈的錐面進(jìn)行研磨。

1.1　工藝路線

使用成品的氣門導(dǎo)管作為加工基準(zhǔn)的工藝路線示意圖如圖1所示。

圖1　用成品氣門導(dǎo)管作為加工基準(zhǔn)的工藝路線圖

1.2　鉸氣門座圈環(huán)帶并且研磨過程的精度分析

1.2.1鉸氣門座圈環(huán)帶

使用成品的氣門導(dǎo)管作為加工基準(zhǔn)，利用機(jī)床進(jìn)行加工。最常見的就是把工件直接放在工作臺(tái)上，夾具夾緊之后直接加工。所使用的加工刀具是鉸刀，先加工4個(gè)進(jìn)氣門座圈之后，接著更換排氣門的刀具，加工排氣門的4個(gè)座圈，如圖2所示。

圖2　鉸削座圈錐面示意圖

1.2.2鉸座圈錐面的精度分析

1）加工氣門座圈時(shí)，由于氣門導(dǎo)管孔是成品狀態(tài)，前工序的導(dǎo)管底孔的精度保證了導(dǎo)管孔的加工精度。因此氣門座圈底孔相對(duì)于導(dǎo)管底孔的同軸度要求、導(dǎo)管的底孔相對(duì)于氣門在垂直方向的垂直度要求，這兩個(gè)要求將對(duì)氣門環(huán)帶的加工加難度造成直接的影響。

2）加工氣門座圈時(shí)，所使用的刀具的前端是導(dǎo)向的部分，這個(gè)導(dǎo)向部分在切削的時(shí)候，能夠通過刀具的前端部分在導(dǎo)管里做導(dǎo)向和支撐，所以刀具的導(dǎo)向與導(dǎo)管孔的配合情況將會(huì)直接影響氣門座圈的加工精度。因此在鉸氣門座圈環(huán)帶之后，會(huì)發(fā)現(xiàn)環(huán)帶的跳動(dòng)大，并且環(huán)帶的表面粗糙度不好，為此對(duì)這些氣門座圈環(huán)帶的表面粗糙度進(jìn)行測(cè)量（結(jié)果見表1），發(fā)現(xiàn)粗糙度均在Ra6.3與Ra3.2的范圍之間，這樣產(chǎn)品質(zhì)量的一致性得不到很好的保證。

表1　座圈錐面對(duì)導(dǎo)管孔的跳動(dòng)量（單位：mm）

從表1中可以看出：座圈錐面對(duì)導(dǎo)管孔的跳動(dòng)量最小值為0.04 mm，最大值為0.29 mm，平均為0.16 mm.為了提高氣門座圈錐面的表面加工質(zhì)量水平，在鉸削之后需要接著對(duì)氣門座圈的錐面進(jìn)行研磨工藝。

1.3　研磨的工作過程和研磨的精度分析

1.3.1氣門座圈研磨的工作過程

氣缸蓋氣門座圈的研磨過程為：選擇需要裝機(jī)的氣門，在研磨的過程中添加研磨劑，在研磨機(jī)上對(duì)氣門座圈上的環(huán)帶進(jìn)行3~5 min的研磨。

氣缸蓋氣門座圈研磨機(jī)的工作原理為：傳動(dòng)裝置在研磨機(jī)中促使相互配合的氣門座圈與氣門做相對(duì)的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而在運(yùn)動(dòng)的過程中，會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦和熱量，由于需要在研磨的過程中，添加一些潤滑和冷卻用的研磨劑，這樣可以令工作的表面取得比較良好的粗糙度，而且在形位上修正一些誤差[1]。氣門座圈的研磨工作過程如圖3所示。在研磨之后，將與氣門座圈、配套的氣門一起進(jìn)行清洗，在確保清洗效果之后，把它們裝配在發(fā)動(dòng)機(jī)上面，在研磨氣門座圈之后，對(duì)氣門座圈環(huán)帶的跳動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，所測(cè)量的數(shù)據(jù)見表2和表3.

圖3　氣門座圈研磨示意圖

表2　座圈錐面對(duì)導(dǎo)管孔的跳動(dòng)值（單位：mm）

表3　座圈錐面泄漏量統(tǒng)計(jì)表（單位：ml/min）

1.3.2氣門座圈研磨的精度分析

根據(jù)測(cè)量研磨之后的氣門座圈環(huán)帶的跳動(dòng)數(shù)值，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)：氣門座圈錐面的跳動(dòng)值最小值為0.04 mm，最大值為0.25 mm，計(jì)算的數(shù)值的平均值為0.15.從測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果看，研磨之后的氣門座圈環(huán)帶的跳動(dòng)數(shù)值依然很大。檢查測(cè)量工件的表面情況，發(fā)現(xiàn)有以下幾種情況：

1）受到研磨條件的限制，研磨的位置與面積無法有效控制，導(dǎo)致氣門座圈的環(huán)帶不夠均勻。

2）由于研磨劑的顆粒非常的小，而且研磨劑的硬度很高，具有一定的粘性，所以使用一般的清洗設(shè)備，并不能完全保證清洗的效果，有一部分的研磨劑還是會(huì)停留在氣門座圈的四圍。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)開始進(jìn)行工作，那些比較細(xì)小的研磨顆粒容易在氣流的影響下進(jìn)入缸孔，造成缸孔異磨，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障。因此必須采用專門的清洗設(shè)備來保證氣門座圈的清洗效果。在清洗過程中，容易發(fā)生磕碰，導(dǎo)致氣門座圈環(huán)帶有劃痕。

1.4　鉸削及研磨座圈錐面的工藝結(jié)論

根據(jù)上面的實(shí)際加工結(jié)果，經(jīng)過分析，可以發(fā)現(xiàn)：用成品導(dǎo)管孔作為座圈加工的定位基準(zhǔn)，在機(jī)床上加工座圈錐面，之后對(duì)座圈錐面進(jìn)行研磨的工藝方法的加工精度不高，滿足不了產(chǎn)品圖紙的設(shè)計(jì)精度要求。主要原因是：

1）氣門座圈與導(dǎo)管孔的加工精度差，其主要的原因是機(jī)床主軸無法對(duì)氣門座圈與導(dǎo)管的底孔的加工誤差、座圈和導(dǎo)管的裝配誤差等進(jìn)行修正。

2）增加氣門座圈的研磨工藝，并不能修正座圈環(huán)帶的跳動(dòng)，僅僅能夠修光氣門座圈環(huán)帶的表面。而且研磨的效率非常低，生產(chǎn)投入成本很高，容易發(fā)生清潔度問題等問題影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，所以使用這樣的方法無法滿足生產(chǎn)實(shí)際的要求[2]。

2　同時(shí)加工座圈錐面和導(dǎo)管孔的工藝分析

隨著科技的不斷進(jìn)步和時(shí)代的飛躍發(fā)展，刀具行業(yè)也在不斷的進(jìn)步，而機(jī)床行業(yè)也在不斷的發(fā)展，這些行業(yè)的不斷創(chuàng)新和進(jìn)步，為氣門座圈與導(dǎo)管的加工創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)，為加工的精度的提高創(chuàng)造了良好的條件。尤其是刀具行業(yè)，目前刀具的結(jié)構(gòu)、測(cè)量的工具與方法、加工工藝、材質(zhì)、熱處理等方面都有了巨大的進(jìn)步，在研究如何提高氣缸蓋氣門座圈與導(dǎo)管的加工精度時(shí)，不僅僅局限于研究所使用的加工設(shè)備上，還可以從所使用的刀具方面考慮。目前，國內(nèi)外加工氣缸蓋氣門座圈與導(dǎo)管已形成了這樣的趨勢(shì)：使用精密的加工中心作為加工設(shè)備，配合夾具及復(fù)合精密刀具，加工氣門座圈及導(dǎo)管。下面將對(duì)這個(gè)加工方法進(jìn)行論述和分析。

精密的加工設(shè)備和精密的刀具是精密復(fù)合刀具加工氣門座圈與導(dǎo)管的兩個(gè)基礎(chǔ)，如果不具備這兩個(gè)基礎(chǔ)，則氣門座圈與導(dǎo)管的加工精度也無法保證。如果使用精度不高的設(shè)備進(jìn)行加工，由于設(shè)備精度的影響，由此會(huì)產(chǎn)生以下問題：

1）機(jī)床的主軸跳動(dòng)的影響：如果機(jī)床的主軸跳動(dòng)大，那么主軸方向上的誤差會(huì)反映到加工工件的精度上。

2）刀具在制造精度方面的影響：導(dǎo)管孔的直徑一般比較小，而加工導(dǎo)管孔的刀桿將比導(dǎo)管孔更小，所以刀尖位置的跳動(dòng)不容易保證，而且刀桿的剛性也比較差。刀尖位置的跳動(dòng)和刀桿跳動(dòng)的誤差，將會(huì)直接反映在氣門座圈與導(dǎo)管的加工精度上。

3）定位的精度所帶來的影響：機(jī)床的精度是加工精度的基礎(chǔ)，只有保證了機(jī)床的精度，加工的精度才有可能滿足要求。一般情況下，使用一般普通的刀具進(jìn)行加工氣門座圈與導(dǎo)管，氣門環(huán)帶的跳動(dòng)大概在0.07mm至0.16mm范圍之間。如果采用復(fù)合的刀具來加工氣門座圈與導(dǎo)管，首先需要提高加工設(shè)備的精度，并且要保證刀具的制造精度。本文分析使用精密的機(jī)床、精密的刀具來進(jìn)行加工，論述這樣的加工工藝和精度存在哪些情況。

2.1　設(shè)備的精度

在通常的情況下，最常見的情況主要是采用組合刀具來進(jìn)行加工，而所使用的設(shè)備方面，選擇就非常的多，有一些使用專機(jī)，有一些使用加工中心。

本文將對(duì)使用加工中心來加工氣門座圈與導(dǎo)管孔的方法和特點(diǎn)來進(jìn)行分析和說明。

加工中心具有很高的設(shè)備精度，并且功能非常的強(qiáng)大，它可以自行完成鏜、銑、锪、鉆、擴(kuò)、鉸、攻絲等，可以利用加工中心組成一個(gè)具有柔性的生產(chǎn)線，這樣的柔性生產(chǎn)線可以具備很多機(jī)型的生產(chǎn)，在產(chǎn)品切換的時(shí)候，可以通過更換夾具、刀具就滿足滿足產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。這樣的生產(chǎn)模式已經(jīng)被許多的生產(chǎn)廠家所使用。機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)決定了機(jī)床的加工精度，下面將以五菱柳機(jī)的機(jī)加工車間所使用立式加工（臺(tái)灣建榮立式加工中心）當(dāng)作一個(gè)例子，介紹如何利用機(jī)床本身的加工精度來保證加工的精度。

五菱柳機(jī)的機(jī)加工車間所使用的五菱柳機(jī)的機(jī)加工車間的型號(hào)是：Vcentre-110，設(shè)備的精度指標(biāo)見表4.

表4　立式加工中心精度表

設(shè)備精度指標(biāo)的主要保證措施有：

1）全封閉的床身：全部采用一體鑄造的方式，包括導(dǎo)軌、絲杠兩端的固定座等，具有足夠的強(qiáng)度和剛性，抗震能力好，機(jī)床使用全封閉的防護(hù)。

2）精密的機(jī)床主軸：在機(jī)床的主軸內(nèi)部，機(jī)床自己帶有冷卻并且恒溫的裝置，利用裝在主軸外面的冷卻物質(zhì)的來回循環(huán)運(yùn)動(dòng)來控制主軸的溫度，主軸溫度可以在5°~45°之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)在范圍內(nèi)任意的溫度，因此可以減小主軸在加工過程中所產(chǎn)生的熱變形。

3）直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，也稱為線性滑軌、線性導(dǎo)軌。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌剛性強(qiáng)，摩擦力很小，滾動(dòng)阻力小，潤滑和安裝調(diào)整都十分方便，具有比較高的額定負(fù)載，能承擔(dān)一部分的扭矩，允許在比較高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)得起長時(shí)間的使用，精度的磨損比較小。機(jī)床上的X、Y、Z方向的導(dǎo)軌都設(shè)有光柵尺，可以進(jìn)行直線方向的測(cè)量，形成一個(gè)閉環(huán)的控制，這樣可以保證機(jī)床的定位精度要求。

2.2　刀具的精度

在加工氣門座圈與導(dǎo)管的過程中，刀具的制造精度水平是保證加工精度的關(guān)鍵因素，在目前具有典型代表性的刀具是由瑞士URMA公司與美國的VALENITE公司，這兩家公司一起研發(fā)和生產(chǎn)的鉸刀（即可漲式并且精密帶微調(diào)的）。這類型的刀具結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。

圖4　精密微調(diào)鏜刀結(jié)構(gòu)圖

可漲式精密帶微調(diào)的鉸刀由刀體、鉸刀這兩個(gè)主要的部分來構(gòu)成的。鉸刀是可漲的，而所使用的刀柄具有液壓補(bǔ)償?shù)墓δ埽毒邘в形⒄{(diào)功能。該鉸刀在直徑方向上允許有φ0.02 mm的調(diào)整量。當(dāng)鉸刀微調(diào)之后，有一些尺寸還是沒有辦法滿足尺寸的公差時(shí)，需要更換鉸刀，或者可以更換刀片，通過這樣的方式可以繼續(xù)加工。在一般情況下，只是更換刀片的成本會(huì)低一些，更換刀片的成本僅是更換鉸刀成本的四分之一，所以通過更換刀片的方法，可以降低生產(chǎn)的成本。由于氣門座圈與導(dǎo)管在直徑方向上的尺寸差別比較大，所以在加工時(shí)，為了保證刀具的使用壽命和良好的切削性能，為了獲得一樣的切削速度，需要調(diào)整刀具的轉(zhuǎn)速。比如：在加工氣門導(dǎo)管時(shí)，將切削速度設(shè)定為20 m/min，刀具的轉(zhuǎn)速設(shè)定為600 r/min，而加工氣門座圈的切削速度為18 m/min，刀具的轉(zhuǎn)速為130 r/min.利用這樣的方法，可以滿足零件加工表面的質(zhì)量要求，且加工的效率高。

加工氣門座圈與導(dǎo)管時(shí)，通過使用了精密的復(fù)合刀具，在加工之后座圈錐面對(duì)導(dǎo)管孔的跳動(dòng)值如表5所示。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，使用精密復(fù)合刀具加工氣門座圈環(huán)帶跳動(dòng)值小值是0.01 mm，最大值為0.05 mm，環(huán)帶跳動(dòng)值基本可以保證在0.05mm的范圍之內(nèi)，對(duì)環(huán)帶的粗糙度進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)環(huán)帶表面的粗糙度基本保證在Ra0.4的范圍之內(nèi)，所測(cè)量環(huán)帶表面的粗糙度數(shù)值見表6.除此以外，氣門的導(dǎo)管孔的同軸度要求為φ0.20 mm（相對(duì)于導(dǎo)管外圓），經(jīng)過測(cè)量，發(fā)現(xiàn)同軸度均在φ0.10 mm~φ0.20 mm的范圍之內(nèi)。

表5　座圈錐面對(duì)導(dǎo)管孔的跳動(dòng)值（單位：mm）

表6　座圈環(huán)帶表面粗糙度值（單位：μm）

2.3　加工結(jié)果分析

對(duì)結(jié)果進(jìn)行以上分析，可以得到這樣的結(jié)論：在加工氣門座圈與導(dǎo)管孔時(shí)，使用精密復(fù)合刀具可以達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的精度，滿足生產(chǎn)的需要。在加工的過程中，有導(dǎo)管孔相對(duì)于導(dǎo)管外圓同軸度不合格的情況發(fā)生，產(chǎn)生這些情況的原因主要是加工定位方面的原因而產(chǎn)生的。使用精密的復(fù)合刀具來加工氣門座圈與導(dǎo)管孔，零件采用工藝銷孔作為定位基準(zhǔn)，加工導(dǎo)管孔時(shí)受到底孔位置度的影響，如果底孔的位置度差，那么就會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)管與導(dǎo)管底孔的中心不在一個(gè)軸線上的情況，這樣導(dǎo)管孔相對(duì)與導(dǎo)管的外圓在同軸度方面產(chǎn)生不合格的現(xiàn)象。因此，必須保證底孔的位置精度，由于上述的情況和原因，在加工氣缸蓋氣門座圈與導(dǎo)管的底孔時(shí)，必須使用精度高的設(shè)備，且采用與加工氣門座圈與導(dǎo)管同樣的定位方式，這樣才能保證氣門座圈與導(dǎo)管的最終加工精度。

3　結(jié)束語

本文介紹了目前最常使用的兩種氣缸蓋氣門座圈與導(dǎo)管孔加工工藝：第1種是先加工氣門導(dǎo)管，接著用成品的氣門導(dǎo)管孔作為氣門座錐面加工的導(dǎo)向來加工座圈錐面。第2種是先加工氣門座圈與導(dǎo)管底孔，通過氣門座圈與導(dǎo)管的壓裝工序之后，同時(shí)加工氣門座圈與導(dǎo)管。圍繞這兩種工藝方法的加工特點(diǎn)和加工精度進(jìn)行分析和探討，得出以下結(jié)論：

（1）先加工氣門導(dǎo)管，接著用成品的氣門導(dǎo)管孔作為氣門座錐面加工的導(dǎo)向來加工座圈錐面的工藝方法無法保證氣門座圈環(huán)帶的跳動(dòng)。

（2）先加工氣門座圈與導(dǎo)管底孔，通過氣門座圈與導(dǎo)管的壓裝工序之后，在加工氣門座圈與導(dǎo)管孔時(shí)，采用精密的復(fù)合刀具進(jìn)行加工，這樣的工藝方法可以保證加工的精度。

本文的分析研究結(jié)論對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋氣門座圈和導(dǎo)管孔的加工工藝具有一定的參考價(jià)值，值得推廣。