發(fā)動(dòng)機(jī)零部件密封環(huán)槽部位去毛刺工藝

陳秋杰

濰柴動(dòng)力股份有限公司 山東濰坊 261061

1 序言

密封環(huán)槽是發(fā)動(dòng)機(jī)零部件普遍使用的密封結(jié)構(gòu)，對(duì)保證發(fā)動(dòng)機(jī)零部件水腔、油路等部位密封具有重要作用。典型的密封環(huán)槽結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）有氣缸蓋噴油器襯套底孔環(huán)槽部位等。

圖1 典型的密封環(huán)槽結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，環(huán)槽部位加工過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺（見(jiàn)圖2）較多，裝配過(guò)程中會(huì)劃傷密封圈及其他零部件，造成氣缸蓋內(nèi)腔密封失效、漏水等。

圖2 環(huán)槽部位的毛刺

通過(guò)在環(huán)槽部位增加倒角，在一定程度上起到了去毛刺效果。但受切槽刀具制造精度、磨損等因素影響，增加倒角不能徹底地清除環(huán)槽部位毛刺。為此一些專家及工程技術(shù)人員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件去毛刺的方法及技術(shù)進(jìn)行了研究探索[1-3]。

本文以氣缸蓋噴油器襯套底孔環(huán)槽部位為例，對(duì)環(huán)槽部位去毛刺工藝進(jìn)行研究，比較不同去毛刺工藝的效果及穩(wěn)定性，確定適宜大批量生產(chǎn)線的去毛刺工藝，徹底消除因毛刺而產(chǎn)生的質(zhì)量隱患，降低工序廢品率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2 去毛刺工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)環(huán)槽部位毛刺特點(diǎn)及生產(chǎn)線現(xiàn)狀，同時(shí)考慮工藝方法的成本、效率，分析確定采用以下3種去毛刺工藝方法進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1 普通鉸刀與浮動(dòng)刀柄相結(jié)合的工藝

浮動(dòng)去毛刺鉸刀結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由浮動(dòng)刀柄、接桿和鉸刀組成。具體使用方法是將鉸刀安裝在浮動(dòng)刀柄中，加工時(shí)刀具有一定的浮動(dòng)空間，在浮動(dòng)過(guò)程中切削刃將毛刺切削去除。

圖3 浮動(dòng)去毛刺鉸刀結(jié)構(gòu)

2.2 金剛砂磨料棒與浮動(dòng)刀柄相結(jié)合的工藝

金剛砂磨料棒去毛刺刀具結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要由浮動(dòng)刀柄、接桿和金剛砂磨料棒組成。其中金剛砂磨料棒是常用的人工去毛刺工具，但人工操作工作量大、生產(chǎn)效率低，去毛刺效果一致性不好，難以適應(yīng)大批量生產(chǎn)需求。將金剛砂磨料棒進(jìn)行改造后，與浮動(dòng)刀柄相配合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)去毛刺。

圖4 金剛砂磨料棒去毛刺刀具結(jié)構(gòu)

2.3 彈簧刀片去毛刺工藝

彈簧片壓緊式去毛刺刀具結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要由硬質(zhì)合金刀片、銷軸、彈簧片、緊固壓條、螺釘、刀桿及刀體組成。刀片可繞軸旋轉(zhuǎn)，彈簧片產(chǎn)生的彈力保證切削過(guò)程中切削刃壓緊環(huán)槽棱邊（工件毛刺部位），定點(diǎn)清除毛刺。彈簧片壓緊、刀片可轉(zhuǎn)動(dòng)式刀具實(shí)物如圖6所示。

圖5 彈簧片壓緊式去毛刺刀具

圖6 彈簧片壓緊、刀片可轉(zhuǎn)動(dòng)式刀具

3 去毛刺工藝試驗(yàn)驗(yàn)證

以噴油器襯套底孔φ30H7、切槽φ35.4H9的柴油機(jī)氣缸蓋為試切工件，對(duì)不同去毛刺工藝方案進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)前對(duì)試切工件密封環(huán)槽部位毛刺情況進(jìn)行觀察、拍照記錄，切槽部位外側(cè)存在明顯毛刺。內(nèi)窺鏡拍攝的切槽部位毛刺如圖7所示。

圖7 內(nèi)窺鏡拍攝的切槽部位毛刺

試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)對(duì)象底孔φ30H7進(jìn)行測(cè)量記錄，底孔直徑合格。

試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程中按規(guī)定對(duì)機(jī)床進(jìn)行檢查和調(diào)整，確認(rèn)去毛刺刀具安裝正確到位，夾具定位準(zhǔn)確、夾緊可靠，程序及參數(shù)正確。

3.1 采用普通鉸刀去毛刺效果

首先使用φ29.99mm鉸刀進(jìn)行試驗(yàn)。將工件在夾具中定位夾緊，機(jī)床按程序自動(dòng)運(yùn)行，連續(xù)加工10個(gè)工件。加工完畢后檢查發(fā)現(xiàn)，10個(gè)工件密封環(huán)槽部位毛刺均被去除，但其中8個(gè)工件底孔被二次切削，經(jīng)測(cè)量，底孔局部直徑超差。分析確定φ29.99mm去毛刺鉸刀破壞了已精加工的底孔。

將鉸刀直徑依次磨小至φ29.96mm、φ29.93mm和φ29.90mm，各加工10個(gè)工件進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)主要存在2種結(jié)果：①密封環(huán)槽部位毛刺被去除，底孔被二次加工，但去毛刺鉸刀破壞了已精加工的底孔。②底孔完好，但毛刺去除不徹底。

采用鉸刀與浮動(dòng)刀柄相結(jié)合的工藝方案去毛刺，存在底孔被二次加工或毛刺去除不徹底問(wèn)題，該方法不適用于批量產(chǎn)品生產(chǎn)。

3.2 采用金剛砂磨料棒去毛刺效果

根據(jù)采用鉸刀去毛刺的經(jīng)驗(yàn)，使用φ29.96mm金剛砂磨料棒進(jìn)行試驗(yàn)。將工件在夾具中定位夾緊，機(jī)床按程序自動(dòng)運(yùn)行，連續(xù)加工10個(gè)工件，加工完畢后檢查發(fā)現(xiàn)，10個(gè)工件密封環(huán)槽部位外側(cè)毛刺均被去除；底孔孔壁有明顯刀痕，為金剛砂磨料棒磨削痕跡。經(jīng)測(cè)量，底孔表面粗糙度合格，底孔直徑合格，底孔未被破壞。

進(jìn)一步對(duì)密封環(huán)槽部位去毛刺效果進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)10個(gè)工件密封環(huán)槽部位內(nèi)側(cè)均存在少量毛刺（見(jiàn)圖8）。根據(jù)試驗(yàn)前對(duì)試切工件密封環(huán)槽部位毛刺情況位進(jìn)行觀察、拍照記錄以及金剛砂磨料棒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析確認(rèn)使用金剛砂磨料棒去毛刺過(guò)程中，將部分外側(cè)毛刺推向了密封環(huán)槽內(nèi)側(cè)。

圖8 密封環(huán)槽部位內(nèi)側(cè)毛刺

采用金剛砂磨料棒與浮動(dòng)刀柄相結(jié)合的工藝方案去毛刺，存在金剛砂磨料棒將外側(cè)毛刺推向密封環(huán)槽內(nèi)側(cè)問(wèn)題，該方法不適用于批量產(chǎn)品生產(chǎn)。

3.3 采用彈簧刀片去毛刺效果

采用彈簧刀片刀具去毛刺時(shí)，機(jī)床及刀具動(dòng)作順序?yàn)椋簷C(jī)床主軸不旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，刀具進(jìn)入密封環(huán)槽中部→機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)→機(jī)床主軸前進(jìn)，去除密封環(huán)槽一側(cè)毛刺→機(jī)床主軸后退，去除密封環(huán)槽另一側(cè)毛刺→刀具返回密封環(huán)槽中部→機(jī)床主軸停轉(zhuǎn)→刀具退出工件。

采用彈簧刀片刀具去毛刺方案，由于對(duì)加工程序的要求與前兩種方案不同，因此編制了新的機(jī)床運(yùn)行程序，對(duì)程序及參數(shù)進(jìn)行調(diào)試后進(jìn)行試驗(yàn)。

使用理論加工直徑30mm的彈簧刀片刀具進(jìn)行試驗(yàn)。將工件在夾具中定位夾緊，機(jī)床按程序自動(dòng)運(yùn)行，連續(xù)加工10個(gè)工件。加工完畢后檢查發(fā)現(xiàn)，10個(gè)工件密封環(huán)槽部位大的毛刺被去除，但倒角邊緣仍存在較小的毛刺。倒角較大處產(chǎn)生的二次毛刺如圖9所示。

圖9 倒角較大處產(chǎn)生的二次毛刺

根據(jù)試驗(yàn)前對(duì)試切工件密封環(huán)槽部位毛刺情況進(jìn)行觀察、拍照記錄以及彈簧刀片刀具特點(diǎn)，分析確認(rèn)7個(gè)試切件密封環(huán)槽部位去毛刺效果不徹底的原因是刀片未到達(dá)倒角邊緣時(shí)停止了工進(jìn)，導(dǎo)致倒角邊緣產(chǎn)生較小的二次毛刺。若加大工進(jìn)行程，會(huì)使倒角長(zhǎng)度超過(guò)圖樣要求，不利于密封。

根據(jù)第一輪試驗(yàn)情況，重新準(zhǔn)備密封環(huán)槽部位不帶倒角的工件進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)前對(duì)試切工件密封環(huán)槽部位毛刺情況進(jìn)行觀察、拍照記錄。

使用理論加工直徑30mm的彈簧刀片刀具，連續(xù)加工10個(gè)密封環(huán)槽部位不帶倒角的工件。加工后用內(nèi)窺鏡對(duì)切槽部位進(jìn)行觀察，10個(gè)工件密封環(huán)槽部位毛刺徹底去除。切槽處不帶倒角去毛刺效果如圖10所示。

圖10 切槽處不帶倒角去毛刺效果

將試切件解剖（見(jiàn)圖11）觀察，密封環(huán)槽部位外側(cè)、內(nèi)側(cè)無(wú)毛刺，效果良好。

圖11 試切件解剖

對(duì)去毛刺前后工件進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在去除毛刺的同時(shí)，試切件還出現(xiàn)了以下情況。

1）環(huán)槽邊緣處形成了0.3～0.5mm的倒角且輪廓均勻，滿足圖樣要求。該處倒角大小可通過(guò)更換刀具中的彈簧片進(jìn)行控制，可以接受。

2）孔壁上形成了兩道劃痕，可目測(cè)，用手觸摸時(shí)與無(wú)劃痕處同樣平滑；用高精度三坐標(biāo)掃描儀測(cè)量孔壁，劃痕處數(shù)值沒(méi)有波動(dòng)。經(jīng)分析，該兩道劃痕為刀具快進(jìn)、快退時(shí)留下的痕跡，是刀片球形頭部（見(jiàn)圖12）與孔壁接觸留下的痕跡，痕跡的明顯程度與工件材料、刀具彈簧片規(guī)格等有關(guān)，屬正?，F(xiàn)象，非劃傷。解剖檢測(cè)無(wú)觸摸感，裝襯套進(jìn)行氣密試驗(yàn)，無(wú)漏氣現(xiàn)象，檢查孔徑，去毛刺前后孔徑未發(fā)生變化。綜合以上因素，可判斷劃痕為正常現(xiàn)象，未劃傷工件，可以接受。

圖12 刀片球形頭部

4 批量加工驗(yàn)證

根據(jù)去毛刺工藝試驗(yàn)結(jié)果，將帶彈簧刀片去毛刺刀具的工藝方法應(yīng)用在生產(chǎn)線中。連續(xù)批量生產(chǎn)300個(gè)零件，去毛刺效果良好且穩(wěn)定。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件密封環(huán)槽部位的毛刺問(wèn)題，設(shè)計(jì)了3種去毛刺工藝方案并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)程序合理。根據(jù)工藝試驗(yàn)、批量加工驗(yàn)證結(jié)果判斷，采用彈簧刀片刀具去毛刺工藝方法去毛刺效果良好，徹底解決了發(fā)動(dòng)機(jī)零部件密封環(huán)槽部位的毛刺問(wèn)題。

專家點(diǎn)評(píng)

該文根據(jù)密封環(huán)槽部位的毛刺特點(diǎn)及生產(chǎn)線狀況，提出3種去毛刺工藝進(jìn)行試驗(yàn)和比較。兼顧去除毛刺的成本和效率，最終采用彈簧刀片刀具去除毛刺的工藝方法，在批量加工中取得良好的效果。

文章實(shí)用性強(qiáng)、適用面廣，作者的觀察能力非常敏銳，能夠?qū)庸み^(guò)程中的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行分析和改善，徹底解決了發(fā)動(dòng)機(jī)零部件密封環(huán)槽部位的毛刺問(wèn)題。