摘要：柴油机的性能很大一部分是由气缸盖的加工精密度决定的，而气门导管孔和排气阀的同轴度精度是决定气缸盖加工精度的重要因素。文章对气门导管孔的加工工艺进行了探讨，目的在于提高气缸盖气门导管孔的加工精度和效率。
关键词：气缸盖；气门导管孔；加工工艺；专用复合刀具；排气阀；柴油机
文献标识码：A 中图分类号：TK405 文章编号：1009-2374（2016）08-0059-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.031
1概述
发动机处于工作状态时，气门一直在不停的开关过程中，在与气门导管的往复过程中会不断冲击气门座圈，三者间会产生恶劣的摩擦副作用。气门座圈在气体从缸盖燃烧室压缩燃烧时会受到极大的冲击负荷，但却不易散热而使气门、导管和座圈长时间处于高温状态，导致零件变形和产生不正常的燃烧产物等副作用，最终导致气门导管与座圈损坏，降低气密性，使发动机性能下降，故气门座圈和导管孔的加工十分重要，关系到整个发动机的性能。在批量生产中，不仅需要优化加工工艺，还对定位方式及基准选择、刀具的选择、气门座圈的加工方式、导管孔的加工及其冷却方式等有较高的要求。
2传统工艺流程
首先需要钻扩气门和导气管孔，但此过程分为两步进行，多次定位会导致跳动超差的产生，往往达不到工艺要求；然后再压气门座圈和气门导管，再枪铰气门导管；最后再锪削气门座圈锥面，但低速锪削会使锥面粗糙度差、不连续。此外，传统的加工工艺工序较多而且不连续，消耗的成本也大，不能满足经济高速发展的今天的需要。
3新兴工艺
底孔同轴误差常常是导致其精加工量分配不均的重要原因，故常采用复合刀具分钻、扩、精镗来保证其同轴度公差。专用复合刀具及加工见图1，刀具实图见图2，其加工工艺流程为：首先，开始前固定两个推杆于起始位置以保证车刀与铰刀是备工状态；其次，粗刀开始锪气门座圈，控制好加工余量，接着使工作台后退使车刀待命，此时推动内推杆分别半精车工作锥面和铰削加工导管孔，退回精刀和铰刀实现对座圈和导管孔的加工，此过程要求工序能力指数Cpk≥1.66。此外刀具材料的选择也十分重要，要提高产率就要求有较快的加工速度，而刀具的硬度是达到较快加工速度的一个关键点。气门导管孔的材料HT250的硬度较低，用普通的涂层硬质合金刀片就能够高速地切削，但是这类刀片容易磨损，在加工100个孔左右就会报废，而且会导致座圈锥面光滑度不够而加大跳跃性，同时也无法达到较高的切削线速度。对比之下，选用立方氦化硼（CBN）刀具就要优越很多。CBN属于超硬刀具材料，硬度仅次于金刚石，但热硬度和热稳定性却好于金刚石很多。此外，若铰刀为多刃的则会提高很多给进速度；最后，切削速度也是保证加工精度和产率的必要条件，切削速度为85m/min，给进度为0.15mm/n时，切削硬度为HRC50～55的导气管最好。
4加工问题的实例分析
加工过程中时时会出现枪铰件不合格的情况，在做项目过程中，机加工厂发现在技术方面和工装管理方面的不足之处，并做了修正，有助于产品质量的稳定和提高。机加工厂对此分析后主要得出如下五个方面的原因和解决方案：第一，恒力专机B40工序加工缸盖左右面（74.25±0.15mm），前期技术偏离至73.8～74.5mm，因缸盖进枪铰时右面在滚道上前进，起粗定位的作用，如果加工尺寸超上公差，将影响导管孔定位套的正常插入，影响定位精度，造成加工不合格。因B40工装定位稳定性较差，此尺寸常有超差现象发生，现场尺寸控制小于74.25mm，基本保证B295工序的定位不受影响。第二，三菱专机B230工序粗加工导管孔，此机床前期多次做过调整，因尺寸稳定性较差，导管孔挪到B50工序加工，稳定性较好。第三，重点工序B240专机，用于座圈导管底孔的精加工，前期经过调整，加工工艺尺寸有了较大的提高，但座圈底孔和导管底孔的同轴度和垂直度超差现象时有发生，近期因探头损坏，更换新探头后机床报警或探测值极不稳定（探测值误差达到0.5mm）而去掉了探头，导致座圈底孔深度加工不稳定（误差0.1mm以内），因枪铰工序使用导管定位加工，B240工序的加工质量直接影响枪铰合格率。B240加工出现的问题及对枪铰的影响如下：（1）导管座圈同轴度超差将导致枪铰工序座圈加工偏；（2）导管垂直度超差将导致枪铰工序导管加工余量不均匀，影响导管的圆度、圆柱度，从而影响到跳动，也可能会引起加工偏，甚至出现台阶；（3）座圈底孔加工深度影响座圈的加工余量，底孔加工过深，将可能导致座圈加工不全，底孔加工过浅将导致座圈加工出现台阶。第四，座圈配套件有部分影响，座圈压装后加工余量有0.30mm左右，正常的配套件跳动在0.05mm左右，但在前期曾经对部分配套件做过测量，部分座圈跳动直超过0.10mm，对枪铰合格率有一定影响。第五，枪铰专机本身的影响，2015年10月份枪铰专机加工导管孔孔径不合格，经过对设备、工装、刀具的调整，现导管孔径超差基本解决，但跳动超差工件较多，每班80～120件左右，是当前面临的主要问题。自10月以来，B线枪铰工序出现导管孔加工锥度、“大肚子”、座圈加工偏及由此导致的座圈跳动超差等现象，每班有80～120件不合格品。针对以上情况先后进行了以下调整：10月中旬更换刀杆导套、导管定位套；10月底更换新刀柄（3020BT193C，3020BT194C）；11月初更换进气门主轴轴承，更换轴承后发现主轴与换台之间的定位销无法正常插入，用螺栓拧紧后正常。此外，机加工厂还对降低缸盖线枪铰工序废品率进行了总结，明确了废品率的主要组成情况。进气门座圈加工偏、排气门座圈加工不全、进、排气门座圈的跳动超差、座圈加工表面有震纹。经过反复的讨论、现场的验证、大量数据的分析，项目组认定无论是气门座圈的加工不全或者加工尺寸偏离还是跳动超差，都应该回归到问题的根本原因，并将这个原因具体化为两个问题：①前几道工序（B25/B240/B290）加工的底面、座圈底孔尺寸不稳定；②精加工工序枪铰专机不稳定。项目组首先调整导管与座圈的粗加工序B50，在检验了设备各轴精度没有异常后，从工装夹具入手，重新修磨定位块，将原来的定位块平面度从原来的0.06mm调整到了0.01mm以内；改良了原由设备厂家设计的工艺步骤，将中心钻改为锪平面，保证了导管与底面的垂直度。其次是调整B240的定位面，进而保证了精加工序的坯料垂直度稳定可靠，由原来的0.05mm提高到0.02mm。B295的调整为整个工程中最大的难点，枪铰专机为进口设备，精度等级高，调整难度大，并且过程复杂，项目组用设备厂家留下的量检具验证了主轴的行走精度与工装定位套的同轴度，均没有问题。经重新设计量检具，将原有的细长验棒改良，避免了原有量检具挠性问题引起的顶端下垂问题后重新校验后发现，主轴的侧母线与上母线直线度均为0.15mm左右，与工装定位套的同轴度为0.10mm，在撤掉原有主轴箱的定位销，将以上数据全部提高至0.01mm以内后钻铰定位销孔，重新对主轴箱定位。经过以上调整，气门座圈的跳动量急剧减小到0.02mm以内，完全符合产品要求，废品率大幅下降。通过以上加工技术研究经验可得出主轴部件的轴向跳动应低于0.0015mm，径向跳动应低于0.002mm，复合刀具硬度应足以保证同轴度，此外还要有足够的加工余量。
5展望
气缸盖气门导管孔的加工精度和效率还有很大的提升空间，未来有望在刀具材料和精密专用刀具上做出进一步发展与推广。
参考文献
[1]冯士光．新型超硬材料——立方氮化硼聚晶及其刀片的应用[M]．成都：四川科学技术出版社，1984．
[2]刘献礼，聚晶．立方氮化硼刀具及其应用[M]．哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1999．
[3]张金柱，韩玉敏．柴油发动机维修技术[M]．北京：化学工业出版社，2008．
作者：高洪玉 单位：中国重汽集团济南动力有限公司
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