汽缸盖座圈导管加工刀具结构与加工质量的分析

陆华辉 梁毅 屈猛

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545007

1 引言

气缸盖是发动机最重要的一项部件结构，其主要构成包括了气门座圈和导管两部分内容。对这两部分的加工处理意义重大，若进气与排气座圈锥孔面和气门密封效果较差，发生了泄露现象，便会导致发动机出现严重的故障问题，如油耗增大、排放气体污染严重、进气管空气混乱、排气管冒火等。因此，就关于气缸盖座圈导管加工刀具结构与加工质量展开相关的研究工作有着巨大的现实意义。

2 工艺要求

一般气缸盖座圈和导管技术的构成主要包括了三方面内容，即：

⑴导管工艺。这一部分的要求主要是指导管孔径尺寸、圆柱度、孔直线度、孔及气缸盖底层垂直度、孔壁粗度、孔位置等需满足于标准要求。

⑵气门座圈工艺。此部分的工艺要求是指对于座圈三锥孔角度、三锥孔间交接处尺寸、三锥孔表层粗糙度、三锥孔位置度、座圈垂直椎密封层宽度及圆度等均需确保满足于标准要求。

⑶座圈和导管工艺。此部分工艺要求是指座圈垂直锥孔面所能够承受的泄漏量及跳动量需确保不超过标准范围。

由技术层面来分析，气缸盖座圈与导管的加工工艺有着较高的技术性标准要求，因而在开展有关刀具规划、设计及应用工作时就必须要能够满足于良好的刚度要求，且刀具同轴度及加工参数也要能够满足于加工工艺标准。

3 刀具结构分析

目前用于气缸盖座圈与导管刀具加工的结构形式主要有两种，即阿波罗刀具和HSK刀柄连接组合刀具，将之应用在各类设备之上来促成对座圈及导管的加工处理。

3.1 阿波罗刀具

这一种刀具是和专机设备一同应用来促成对气缸盖座圈锥孔面及导管孔的精加工处理，其主体构成包括了加工气门座密封椎镗刀、加工导管孔枪铰刀、倒角锪刀三大部分。镗气门做密封锥孔面加工刀具为斜切式构造方式，也就是将Z轴向走刀改变为斜切走刀，这同时也是加工刀具的核心主体。在进行气缸盖座圈与导管加工之时所用到的阿波罗刀具，应用步骤是首先利用Z轴切入阀座60°，以及135°锥孔面，而后进一步应用滑块形式实施斜切加工垂直锥孔面。相较于Z轴切入方式，采用锪刀进行锥孔面加工，可更为有效的增强被加工锥孔侧母线的垂直性及精度水平。在实施垂直锥孔面加工处理时，此种类型的刀具可被处理为双滑块构造形式，依次针对垂直锥孔面实施粗镗及细镗加工处理。在加工完座圈锥孔面以后，将刀具退后0.2mm，而后加大转速保持稳定进度进行导管孔加工。在完成加工处理后，将刀具转速降至原本水平，铰刀重新回到初始点。

但同时也需注意到，这一种加工刀具也存在着一定的缺陷问题，即：⑴加工节拍过长；⑵刀具仅可用于专机之上；⑶座圈锥孔面加工采用单刀片完成，磨损性较大；⑷主切削刀片刃口较易产生崩口。

3.2 HSK刀柄连接组合刀具

此种加工刀具多是应用在CNC加工处理中，可同时完成对座圈与导管的粗加工与精加工两道工序。座圈锥孔面加工刀具共有两把，其最大的优势即体现在粗加工刀片加工在发生小崩口后，后道精加工刀片可将前端密封面缺陷切除。基于孔加工基础引导下，可实现对导管孔的一次成型。当前主流应用的HSK刀柄连接组合刀具加工方式包括了以下两大类型：

⑴导管引导孔铰刀通过直柄夹持固定，座圈锥孔面加工刀片固定于较大刚度的整体式刀柄之上。铰刀切削刃度按照加工导管孔径设计为2、4、6三种刃数铰刀，或是带有导条的铰刀。针对汽缸盖导管铰刀，在导管孔直径较小，铰刀直径不足5mm之时，可依据刀柄顶端调节直径来选择尺寸。由于固定螺钉在内控圆周布局会存在着一定的限制性因素，刀柄前端调整跳动螺钉被设计为3种，将会导致调刀工调整受到严重影响。对于这一状况可新增铰刀夹持区域刀杆直径来确保螺钉的合理化结构布置，将铰刀设计呈阶梯状刀杆。

⑵粗加工与精加工刀具刀柄均选用法兰结构。铰刀通过FHS结构固定，座圈锥孔面加工刀片固定于法兰结构上端。

上述两种刀具结构方式果然有优缺点，其中第一种结构形式在开展刀具加工时，主轴传导至刀片的作用力较大，加工过程当中的内驱动力不会发生明显改变；铰刀顶端刃口跳动每一次都要和三锥孔刀片同时调节，并且铰刀顶端跳动调节还需花费较长一段时间；此种刀具的加工刚度较高。而第二种结构形式，在座圈和导管的跳动要求较高时，其精度相对较大。机床在应用了数年后仍可对主轴跳动予以有效补足，可确保达到较高的加工精度。在开展刀具加工处理时，主轴扭矩传导作用力具有一定的短期改变危险，容易导致法兰处发生一定偏移。法兰结构刀柄连接和调整需借助于轴向与径向双螺钉固定，可能会由于角度偏移而发生刀片崩刃情况；铰刀顶端在和FHS连接柄充当基础标准之时，确保跳动量可符合于标准要求的情况下，铰刀和刀柄连接时间相对较短，同时其顶端无需频繁跳动。法兰结构刀柄整体刚度偏低，同时传导扭矩也步入整体刀柄，因而在进行锥孔面加工时较易产生一定的振动纹理。

4 密封锥孔面精加工

对于座圈密封锥孔面加工所要达到的工艺要求，除了需在高精度机床上配置适当刀具外，还要能够关注于精加工余量精准预设、加工程序合理化控制。

4.1 精加工余量精准预设

鉴于三锥孔面加工刀片有着一定的磨损误差，且可体现出法向加工尺寸改变情况，并也可由此确定出三角度交汇线尺寸改变。在三角度法向与Z轴向的预留余量相等时，对比其刀片主切削刃，便可了解到法向变化要明显超过Z轴向。法向预留0.2mm余量刀片便会产生出较为严重的磨损。因此，通常密封锥孔面测量基线误差需被控制在不超过正负0.1mm之内。

4.2 加工程序合理化控制

座圈密封锥孔面的粗糙性和刀片刃口处理、导体刚度均存在着紧密关联，最终在加工座圈锥孔密封面之时必须要确保主轴转动速度与进给量的科学适宜性。座圈密封锥孔面选用适宜的数控设备通过复合刀具进行加工处理，针对座圈三角度采取精加工处置，使原本加工至Z轴处的尺寸，在达到主轴后退出并优化，刀具进给至Z周尺寸，主轴于Z周处转动3圈退出，由此便可确保座圈可达到较高的密封性要求。借助于对加工程序的优化改进，可有效解决进气与排气座圈密封锥孔面的平整度问题，并也能够使得座圈密封椎孔面泄露问题得以迎刃而解。

5 结语

总而言之，在开展气缸盖座圈和导管加工时，尽管对气门座圈密封锥孔及座圈导管基准的质量控制仍存在着较大难度，但只要能够依据标准实验流程来开展加工处理，并同时合理选用气门阀座及导管孔加工技术，便可达到较高的精度水平。此外，将生产过程当中各项有可能会造成误差干扰的元素予以消除，气缸盖座圈的泄漏量及跳动量的便可得到有效控制，从而实现精益化生产目标。