淺析缸蓋座圈凡爾線(xiàn)尺寸超差

杜江

摘要：介紹Mapal 座圈刀具精鏜某發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣座圈的工藝過(guò)程;通過(guò)使用Mapal 座圈導(dǎo)管刀具對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋座圈凡爾線(xiàn)角度和寬度經(jīng)常超差問(wèn)題進(jìn)行研究;根據(jù)密封帶寬度角度其變化規(guī)律更改刀具調(diào)整的公差，進(jìn)而提高刀具壽命。

Abstract： This paper introduces the machining process what Mapal valve seat tool fine boring intake and exhaust valve seat ring of an engine;By using Mapal seat ring guide tool the problem that the angle and width of valve line of the cylinder head seat ring of the engine always exceed the tolerance is investigated; The tolerance of the tool adjustment is changed according to the change law of the width and angle of the sealing line， so as to improve the tool life.

關(guān)鍵詞：座圈密封帶;Mapal 座圈導(dǎo)管刀具;刀具磨損試驗(yàn);刀具調(diào)整

Key words： sealing line of valve seat;Mapal valve seat and guide tool;test tool wear;tool adjustment

中圖分類(lèi)號(hào)：TG162.25? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）06-0026-02

0? 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋是汽車(chē)動(dòng)力總成中設(shè)計(jì)最為緊密復(fù)雜的箱體零件[1]，其中最為重要的就是座圈導(dǎo)管的加工，而且精度要求很高，因座圈有很高的硬度， 刀具壽命極低。Mapal刀具研究出一整套座圈導(dǎo)管孔的加工系統(tǒng)，給各大發(fā)動(dòng)機(jī)工廠(chǎng)提高了生產(chǎn)效率，并大大降低刀具成本。但是此刀具還有一些的不足，比如：加工首件座圈帶寬角度超差、隨著壽命的增加座圈尺寸不穩(wěn)定。如何有效的提高刀具的穩(wěn)定性，降低刀具成本是刻不容緩的事情。

1? 座圈加工工藝介紹

1.1 工藝要求

下面介紹進(jìn)排氣氣門(mén)座圈孔工藝要求：一共2種機(jī)型，這2種機(jī)型進(jìn)氣側(cè)同屬一種帶寬角度結(jié)構(gòu)，排氣側(cè)帶寬尺寸要求是一致的，角度方面機(jī)型1和機(jī)型2要求上帶寬線(xiàn)角度有變化。如圖1和表1所示。

1.2 座圈加工工藝

所有機(jī)型座圈導(dǎo)管刀具均使用的是Mapal 特有的6角型PCBN刀片，如圖2所示：機(jī)型1和機(jī)型2 進(jìn)氣使用1把較長(zhǎng)的座圈導(dǎo)管刀具，45°角度可以調(diào)節(jié)，其余度數(shù)是不可調(diào)節(jié)。排氣側(cè)使用短的座圈導(dǎo)管刀具，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相同;機(jī)型2排氣側(cè)使用2把座圈刀具，粗加工刀具3個(gè)角度全部都是固定刀片，90°給精加工余量0.1，其余角度在粗加工時(shí)已經(jīng)加工完成。精加工刀具僅1個(gè)可以調(diào)節(jié)的刀片。進(jìn)排氣，側(cè)加工座圈時(shí)參數(shù)：S∶1009r/min;F∶81mm/min;Fz∶0.08mm/z，加工結(jié)束位置空轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)，然后退刀。

2? Mapal座圈刀具角度帶寬超差影響因素

2.1 機(jī)型1帶寬角度與刀具壽命關(guān)系

2.1.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

控制變量：①用zoller將刀具加工座圈90°角度的刀片尺寸調(diào)成44.82°。②試驗(yàn)期間刀具未換機(jī)床，機(jī)床使用的是GROB G520。③加工參數(shù)。④冷卻液使用的是8%濃度的乳化液。自變量：刀具壽命。因變量：座圈的角度和帶寬值。實(shí)驗(yàn)方法：將此刀安裝到機(jī)床上加工工件，每120件用手檢具檢測(cè)角度和帶寬，研究隨壽命增加角度和帶寬的變化。

2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

在控制單一變量的情況下，座圈角度和帶寬的變化如圖3所示：我們發(fā)現(xiàn)座圈帶寬角度先變小之后再變大，角度變大的速度隨著壽命增加而變陡。座圈帶寬隨著壽命增加帶寬會(huì)邊窄，帶寬變窄的速度隨著壽命的增加而變緩。

因?yàn)殡S著刀具壽命增加，使用的冷卻液是濃度8%乳化液，PCBN刀片在此條件下可和氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成PCBN晶體使晶面產(chǎn)生凹陷，晶棱縮小[2]。也就是說(shuō)刀具磨損經(jīng)歷初期磨損和正常磨損，后刀面被磨掉，刀刃位置發(fā)生改變[3]，到壽命的座圈導(dǎo)管刀具刀片已經(jīng)磨損形成月牙洼。然后使用zoller對(duì)刀儀測(cè)量磨損刀片不同位置的角度，如表2所示：加工90°的刀片未磨損的位置角度44.82°與初始調(diào)刀值一致，證明刀片未松動(dòng)，刀片磨損處的角度先變大然后再變小，表明刀片磨損程度已經(jīng)很?chē)?yán)重。

將測(cè)量出的刀片磨損的角度和位置畫(huà)出座圈工件加工的輪廓如圖4看出工件已經(jīng)形成凸型，圖中標(biāo)紅的線(xiàn)就是凡爾線(xiàn)角度測(cè)量的位置直徑為28.4mm，我們發(fā)現(xiàn)此位置角度確實(shí)是增加了，符合試驗(yàn)結(jié)果。因?yàn)榉矤柧€(xiàn)位置是根據(jù)定直徑測(cè)高度得出的，并且加工工件成凸型故凡爾線(xiàn)位置下移動(dòng)，從而半帶寬寬度長(zhǎng)度從0.35mm變成了0.33mm。

2.2 調(diào)刀公差設(shè)定值影響首件帶寬超差

如果座圈導(dǎo)管刀各個(gè)角度刀片的高度調(diào)整值不合理，容易造成首件的帶寬超差。如圖5所示假設(shè)刀片不磨損，補(bǔ)償值正確、主軸跳動(dòng)≤5um和刀片未松動(dòng)的理想狀態(tài)情況下，可以將座圈導(dǎo)管刀刀片和公稱(chēng)高度偏差值與座圈半帶寬和帶寬長(zhǎng)度變化w1、w1+w3的關(guān)系簡(jiǎn)化成的已知邊長(zhǎng)L∠A∠B∠C求寬度W1W3的三角函數(shù)問(wèn)題。

當(dāng)只有S3刀片移動(dòng)到S3’ 的位置時(shí)∠A是直角，∠B、∠C是銳角的條件，∠B >∠A半帶寬變化值=全帶寬變化值w1可表示為：w1=l1Sin∠B/sin（∠B-∠A）

當(dāng)只有S2刀片移動(dòng)到S2’的位置時(shí)，半帶寬變化值不變化，∠A是直角，∠B、∠C是銳角，∠B >∠A 的條件下全帶寬變化值可表示為：

w3=l1Sin∠C/sin（∠B-∠A）

同理可證，當(dāng)只有S1刀片移動(dòng)，同上條件半帶寬變化值w1可表示為：

w1=l1Sin∠B/sin（∠B-∠A）

全帶寬變化值可以表示為w1+w3。

2.3 機(jī)型2機(jī)床刀具不合理的更換

加工機(jī)型2時(shí)，當(dāng)粗精加工刀具其中一把因異常情況需要更換時(shí)，如果只更換問(wèn)題刀具，很容易導(dǎo)致帶寬超差。是因?yàn)樾碌毒吣p和舊刀具磨損不一致。從而導(dǎo)致舊刀有月牙洼，帶寬將少切。而新刀則很鋒利帶寬切得符合理論值。同理如果在刀具加工首件的時(shí)候一個(gè)角度使用刃口帶圓角的刀片，一個(gè)角度使用負(fù)倒棱的刀片，圓角刀片將比負(fù)倒棱刀片更加鈍，也可能會(huì)出現(xiàn)帶寬超差的問(wèn)題。

2.4 機(jī)床跳動(dòng)

如果機(jī)床用200mm驗(yàn)棒測(cè)跳動(dòng)徑向跳動(dòng)≤5um對(duì)于座圈帶寬和角度影響很小，主軸跳動(dòng)對(duì)帶寬和角度的影響可，如果跳動(dòng)非常大，機(jī)型2這種2刀切的方案粗精刀具跳動(dòng)方向不一致，會(huì)造成工件帶寬和角度超差。比如機(jī)型2精加工刀具安裝在跳動(dòng)大的機(jī)床，當(dāng)機(jī)床主軸跳動(dòng)大的方向和刀片方向一致就會(huì)導(dǎo)致加工的角度變小，座圈過(guò)切，帶寬變寬，如果機(jī)床主軸跳動(dòng)大的方向和刀片方向相反就會(huì)導(dǎo)致加工的角度變大，座圈少切，帶寬變窄。

3? 總結(jié)

①總結(jié)出帶寬隨著刀具壽命增加而變窄，角度隨著刀具壽命增加而變大，根據(jù)此規(guī)律我們將機(jī)型1進(jìn)氣側(cè)刀具45°調(diào)整角度減小，刀具壽命從平均600件提升到了900件。②在機(jī)型2我們根據(jù)理論計(jì)算所得，座圈半帶寬跟45°刀片和55°的高度有關(guān)，而帶寬跟55°和35°之間高度和45°刀片高度有關(guān)。故我們控制座圈粗加工刀具35°和55°刀片之間的距離公差從±0.02改成±0.01，此機(jī)型的首件合格率從50%提高到了90%。本文淺析了座圈角度帶寬超差的因素，根據(jù)變化規(guī)律制定方案，降低了工件的單件成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]金鐳，廖慧陽(yáng)，陳勇.缸蓋氣門(mén)座圈及氣門(mén)導(dǎo)管粗精加工方案研究[J].汽車(chē)零部件制造技術(shù)，2018（2）：39-41.

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