|
發動機工作時，可燃氣體在缸蓋燃燒室壓縮后點燃，座圈承受著很高的熱負荷和機械負荷。這要求座圈有很高的耐磨性和密封性。如果氣門在工作時發生中心偏移，既會導致有害的熱傳導和氣門及導管孔的快速磨損，還會造成耗油量增加。這對座圈和導管孔的加工精度提出了高要求。筆者所在工廠的缸蓋線在工藝規劃時就充分借鑒和吸收了許多國際同行的經驗和教訓，特別是在座圈和導管孔的加工上有著獨到之處。
座圈底孔和導管底孔的加工
1，定位方式：
將缸蓋下平面和其上的2個工藝銷孔作為缸蓋加工的統一的定位基準，采用“一面兩孔”的定位方式，可以很簡便地限制工件的6個自由度，定位穩定可靠，夾緊變形小，易于實現機床自動定位和自動夾緊。通過一次定位可以完成一個缸蓋的所有座圈與導管孔的加工，位置精度和生產效率均滿足工藝要求。
2，加工流程：
1）復合锪座圈底孔及部分導管底孔：我們選用的是GUHRING的復合锪刀（見圖1），2刃、內冷結構，PCD刀片。切削參數是：轉速為8000r/min，進給速度為1600mm/min；
2）鉆導管底孔：我們選用的是GUHRING的直槽鉆（見圖2），2刃、內冷結構，PCD刀片。切削參數是：轉速為12000r/min，進給速度為3600mm/min。直槽鉆的鉆尖結構使其可在每條直槽的外緣處刃磨出2條刃帶，由于鉆頭與工件有4個接觸點，鉆頭在加工中更為穩定，從而可以提高加工精度；
3）復合鉸锪座圈底孔及導管底孔。我們選用的是GUHRING的復合鉸刀（見圖3），6刃、內冷結構，PCD刀片。該鉸刀帶尺寸微調功能。切削參數是：轉速為7000r/min，進給速度為2000mm/min。 
3，注意事項：
1）如果定位誤差過大，會導致加工余量不均勻，造成鉸刀鉸偏，尺寸超差；
2）直槽鉆頭的切削刃缺少一個正前角，它的卷屑和斷屑能力很差，在加工延展性較好的材料時尤其如此。所以需要機床有較高的主軸轉速，切削速度越快，形成的切屑就越??；
3）座圈底孔和導管底孔的加工坐標要與后續的座圈與導管孔的加工坐標盡可能一致；
4）缸蓋毛坯的相應位置不能有夾渣、縮孔、冷隔、飛邊等鑄造缺陷，否則會影響刀具的正常切削。
座圈和導管的壓裝
1，設備介紹：
elwema專機，采用常溫方式對座圈和導管進壓裝（座圈和座圈底孔的過盈量為0.06-0.098mm，導管和導管底孔的過盈量為0.025-0.075mm）。座圈和導管的壓裝頭均同時裝有壓力傳感器和位移傳感器，操作工可以通過壓力-位移監控系統對座圈和導管的壓裝狀況進行實時監控，當出現漏壓、壓裝不到位、壓廢（工件尺寸超差、壓裝件在壓頭上定位不準）、壓斜等故障時，系統能夠及時報警，防止不合格件流到下道工序中去。機械手從輸送滾道上抓取工件到壓裝位置進行離線壓裝，它的優點在于：輸送速度快、壓裝位置（包括角度）可以通過程序調整，也能滿足產品變型的需要。在座圈壓入過程中，有頂桿頂住氣門彈簧底座位置，用于抵消壓入力，防止工件變形。
2，注意事項：
（1）要檢查和確認設備在壓裝前是否自動對所有座圈底孔、導管底孔噴涂潤滑油；
（2）將座圈的導向部分由原來的45°斜角結構更改為圓弧結構，防止座圈壓偏；
（3）設置合理的壓力—位移控制參數。以座圈壓裝為例，座圈的壓入狀況通過控制器監控：座圈未進人座圈底孔時壓入力為零；進入座圈孔時壓人力增大，但繼續向前推進過程中壓力基本保持平穩，壓力應在控制范圍內；座圈壓入到底時壓力升高，行程基本不變，到底后的行程與壓力應在設定的控制范圍內。設定控制值需要根據一定的樣本試裝數據進行確定，并需要在生產過程中不斷優化。
座圈和導管孔的精加工
1、 座圈錐面和導管孔的具體要求：
座圈的凡爾線面對導管孔的跳動量不大于0.04mm，座圈面分別由150°、90°和60°的3個錐面形成。90°面為凡爾線所在面，它的角度公差為30＇，表面粗糙度為Ral.6；導管孔的直徑為φ600.025，表面粗糙度為Ra0.2—1.6。座圈、導管的材質均為粉末冶金，排氣座圈的硬度為HRA66～76，進氣座圈的硬度為HRB75～105，導管的硬度為HRB60～90。
2、 加工設備介紹：
4臺Grob雙主軸數控專機作為座圈和導管的精加工設備。4臺設備面對面布置，組成2個加工單元，每個加工單元的2臺設備分別加工缸蓋進、排氣側的座圈。加工單元內的2臺設備之間工件傳輸通過回轉工作臺實現。每臺機床同時加工1個工件。通過雙主軸、回轉工作臺交換結構以及可以實現的數控插補功能，充分滿足了加工節拍和產品柔性化的要求。
3、 刀具介紹：
Mapal的雙層套裝主軸專用刀具對座圈和導管孔進行精加工，它具有以下優點：
1） 在同一軸線上車削座圈錐面和槍鉸導管孔，同軸度能夠得到很好的保證；
2） 由于座圈是材料較硬，以锪削方式加工座圈時，刀刃磨損較快，這種磨損缺陷會復制在座圈的凡爾線面上，從而影響密封性。車削座圈就可以避免該問題的發生；
3） 分半精車、精車加工，可以根據需要分配加工余量，減少精車切削力，座圈表面粗糙度可以得到保證；
4） 導管孔的加工采用單刃鉸刀，該刀具在鉸削過程中是依靠布置在刀體上的兩根導向條來導向和支承切削力，對加工余量的不均勻敏感程度較低，這有利于保證座圈與導管孔的同軸度；
5） 可以通過伺服電機變速，解決座圈和導管孔加工切削速度不一致的問題；
6） 可以通過軸向和徑向的兩軸聯動進給方式實現座圈面的不同角度、不同直徑的組合加工。
4、 座圈、導管孔的加工步驟（見圖4和圖5）：
1）主軸以1500r/min旋轉，Z軸伺服電機反轉，驅動主軸以300mm/min向前快進到起始加工位置；
2）Z軸伺服電機正轉，驅動主軸以f1速度向后工進；W1(W3)軸步進電機反轉，驅動滑套推動斜進給刀架沿90°滑槽以f2速度沿徑向朝內滑動，這時，車刀以f1和f2的合成進給速度（105mm/min）切削出150°錐面。車刀有半精車刀和精車刀2把，刀片為CBN材料，徑向沿180°分布，半精車刀切削在先，精車刀切削在后，兩者軸向位置相距0.1mm；
3）當精車刀切削到150°面與90°面的交接處時，主軸進給停止；W1(W3)軸步進電機繼續反轉，驅動滑套推動斜進給刀架沿90°滑槽以105mm/min沿徑向朝內滑動，這時，車刀以該進給速度切削出90°錐面。
4）當精車刀切削到90°面與60°面的交接處時，Z軸伺服電機反轉，驅動主軸以f3速度向前工進；W1(W2)軸步進電機反轉，驅動滑套推動斜進給刀架沿90°滑槽以f4速度沿徑向朝內滑動，這時，車刀以f3和f4的合成進給速度（105mm/min）切削出60°錐面；
5）SP1(SP2)軸伺服電機將主軸轉速提至3200r/min，W2軸步進電機反轉，通過推桿推動槍鉸刀（單刃、內冷、PCD刀片）向前進給，鉸刀在導向套的引導下，以600mm/min完成對導管孔的加工。鉸刀縮回原位。
6）Z軸伺服電機反轉，驅動主軸以300mm/min退回，斜進給刀架回原位，加工循環結束。 
座圈和導管孔的精密檢測
1，座圈的圓度和跳動量的檢具。
1）檢具的氣動測頭配置（見圖6）：
（1）導管部分的2個測量截面有4個孔式氣動噴嘴，呈180°分布；座圈部分有l個球形接觸式氣動噴嘴；
（2測量圓度和跳動量時, 測頭需要旋轉一周，為增加耐磨性，座圈部分鑲嵌了6個硬質合金點；
（3）手柄部分配有電機，用于驅動測頭的旋轉；
（4）測量時檢具手柄定位在定位板上, 用以排除測量結果的人為誤差；
（5）根據圓度和跳動量的最大公差要求配置綜合校準件（最大/最小值）, 用于日常標定。
2，測量原理：
測頭的座圈部分有一段圓弧面作為測量的機械基準，測量過程中球心位置保持不變；導管部分兩截面各布置2個噴嘴（T1，T2，T3，T4）,測量導管孔的中心BE1=(TI-T2)/2和BE2=(T3-T4)/2；以座圈球心及導管孔的下截面中心BE3為基準軸，計算導管孔的上截面BE2的偏移量α＇=BEI-BE2 x(X-Y)/x；然后將上述偏移量延伸至座圈量規直徑BE3上的偏移量α=α＇x y/v，通過公式計算出導管孔相對座圈的同軸度。
計算公式: 同軸度=﹝(Tl-TZ)/2—(T3-T4)/2﹞x﹝(X-Y)/ X))x(Y/V)﹞
座圈部分的球形噴嘴(T5)在測頭旋轉過程中，掃描座圈并計算圓度；同時通過導管孔相對座圈的同軸度的測量數據合并計算座圈的跳動量。
2，座圈的角度和密封性的檢具。
1）檢具的氣動測頭配置（見圖6）：
（1）帶環形噴嘴的專用氣動塞規, 用以測量座圈的密封性；
（2）帶2 個180°對稱分布的球形噴嘴的專用氣動塞規，用以測量座圈的角度；
（3）角度最小值標準件，角度最大值+泄漏最小值組合標準件和泄漏最大值標準件。
2）測量原理：
座圈密封性測頭與量規直徑接觸位置上布置一個環形氣動噴嘴測量座圈的密封性, 在噴嘴氣環的上下端各有一個寬度約為0.1mm理想貼合面, 與座圈貼合，氣環處于座圈量規直徑處，測頭最大程度模擬座圈與氣門的裝配狀態；如果與座圈與氣環上下貼合之間完全密封，則壓縮空氣無法從氣環中流出；反之，如果缸蓋座圈的圓度、跳動、粗糙度等工藝參數不合格，或存在斷帶等加工缺陷時，都會造成氣環中存在一定的氣流量，氣流量的大小通過與最大、最小泄漏標準件的對比，可以得出被測座圈的泄漏量。
座圈角度側頭靠近座圈上邊緣有一條寬度為0.1mm的環形定位面，靠近座圈下邊緣處2個180°對稱布置的球形噴嘴，當球形接觸式氣動噴嘴測量座圈的角度變化時，球形氣動噴嘴的位移量也會隨之發生變化，將變化量與角度標準件進行對比，可以得出被測座圈的角度值。
|
