摘要：隨著粉末冶金材料在缸蓋氣門座圈上越來越多的應用。其高硬度及殘余多孔結構對座圈的加工提出了更高的要求，而座圈導管專用復合刀具的發展應用，可以較好保證座圈相對導管的跳動要求，而座圈圓度成為較難保證的項目。為此。研究了各類工藝方案對氣門座圈加工圓度的影響。
 
        關鍵詞：發動機缸蓋；氣門座圈；加工圓度
   
        發動機工作中，氣門不斷往復，氣門座圈在高溫下承受著很高的熱沖擊和機械負荷，工作條件十分惡劣，這就要求氣門座圈凡爾線錐面具有良好的高溫耐磨性和密封性。粉末冶金材料的殘余多孔結構使其具有良好的自潤滑性和隔音性能，能滿足氣門座圈耐磨損、耐腐蝕、抗沖擊的要求，因此，在氣門座圈上得到了廣泛的應用，而其殘余多孔結構對氣門座圈的加工提出了更高的要求。隨著各類專用復合刀具的發展應用，可以很好保證座圈相對導管的跳動要求，而公差更嚴的氣門座圈圓度成為較難保證的項目。本文主要研究各類工藝方案對氣門座圈加工圓度的影響。
 
       1、加工背景
  
      采用各類專用復合刀具進行組合加工缸蓋氣門座圈及導管，進氣座圈錐面1400，排氣座圈錐面120。，進、排氣座圈凡爾線錐面圓度要求0．008 mm。進、排氣座圈材質均為粉末冶金，具體成分特性如表l所示。
 
      2、工藝方案
 
      2．1 锪座圈方案
 
      新品試制時，為節約成本，通常在加工中心上采用锪座圈加工方案，利用法蘭刀柄調節刀具跳動。首先，用導引刀具粗锪座圈凡爾線錐面(同時锪其它的一個或兩個錐面)，留0．15 mm左右精加工余量，再用精加工刀具精锪座圈凡爾線錐面，到位后停留幾轉修光。這種刀具結構簡單，剛性好，調節方便，精加工凡爾線錐面時只有一枚刀片在加工，排除其它刀片加工振動的影響，可以得到較高質量的座圈凡爾線錐面。
 
                                                                     表1氣門座圈成分特性
     
  
      2．1．1槍鉸刀具I
   
      槍鉸刀具I座圈粗加工采用常規的四方形可轉位刀片，精加工時采用特殊結構的CBN長條形刀片，并在刀體上鑲有3塊支撐導條，當刀片切人工件時，支撐導條也緊隨著在對應的位置起支撐作用，并吸收切削所引起的振動，如圖l所示。特殊結構的長條形刀片帶有供刀片夾緊用的V型槽，如圖2所示，壓板前端與V型槽構成穩固的楔形夾緊，提高調刀的精確性及切削時的穩固性。長條形刀片可通過兩端的調整螺釘調節刀尖回轉直徑和刀片傾角?
  

    
  
          圖l 槍鉸刀具I(粗加工和糟加工)
 
      2．1．2柔性槍鉸刀具II
 
      柔性槍鉸刀具II采用刀夾結構，如圖3所示，對于尺寸相近產品可通過更換相應刀夾實現座圈的柔性加工，降低生產成本。柔性槍鉸刀具II粗、精加工均采用三角形可轉位CBN刀片，刀片剛性好，穩固安裝于刀夾對應V型凹槽內，通過調整刀夾的高度及傾角(帶動刀片一體)調節加工相關位置及錐面尺寸。

      
             圖2特殊結構的長條形刀片
 

       
                                       圖3柔性槍鉸刀具II【精加工)
 
 
      2．2車座圈方案
 
      锪座圈加工方案切削力較大，對刀具剛性要求較高，而且刀刃磨損快，會在座圈錐面上復映锪刀切削刃的各種缺陷，而車削加工可以避免該問題的發生，故批產時通常在專機上采用車座圈加工方案。
 
      2．2．1 展開式刀具I
 
      展開式刀具I(如圖4、5所示)加工時，首先，主軸進給，通過固定安裝的特制CBN锪刀片(如圖6中b、c所示)粗锪座圈凡爾線錐面(同時锪其他的錐面)，留0．05 mm精加工余量，接著，主軸后退0．2 mm，使粗锪刀片脫離工件加工表面，精車刀處于待加工位置，然后，通過心軸推動滑塊帶動特制CBN精車刀片(如圖6中a所示)由外向內精車座圈凡爾線錐面。
  
      
      圖4展開式刀具I(精車刀)
  
     
      圖5展開式刀具I(粗锪刀)
 

      圖6刀片加工示意圖(加工終點位置)
  
     
      圖7柔性展開式刀具Ⅱ
 
 
      2．2．2柔性展開式刀具II
     
      柔性展開式刀具II(如圖7所示)可在一定范圍內實現不同角度、不同大小缸蓋座圈錐面的加工。發生頭刀具包含粗車刀和精車刀，均為菱形刀片，兩刀片軸向、徑向均相差小段距離，粗車刀切削在前，精車刀在后，可根據需要調整粗車、精車加工余量的分配，減小精車切削力，保證座圈表面質量。加工時，通過主軸與心軸(推動滑套的軸)兩軸聯動進給，適應座圈不同角度錐面的組合加工，由外向內完成座圈所有錐面的粗車和精車加工(如圖8所示)。
  
     
      圖8刀片加工示意圖
 
  
      3 、檢測結果
 
 
      3．1檢測方法
 
      采用三坐標測量機，以缸蓋底面為基準面，在座圈下沉量尺寸平面位置，探針連續走圓，采集眾多數據點，消除采點少及反復接觸、離開工件產生的誤差，提高測量不確定度，具備一定的測量精度。但是，由于三坐標結構為正交的線性軸，而這種圓度檢測需要聯動兩個軸且不斷變換方向，轉點的滯后會引起一定的測量誤差。本文檢測中使用的計量型三坐標，其測量誤差約1．3“m。
 
      3．2檢測數據
 
      3．2．1锪座圈方案
 
      經檢測，槍鉸刀具I加工座圈圓度在0．008 mm上下，數據波動略大；柔性槍鉸刀具II加工座圈圓度在0．008 mm左右，數據波動較小。切削試驗中發現，切削參數的調整對座圈加工圓度影響不明顯，適當延長孔底停留光整時間對座圈圓度有一定改善。此外，據有關研究表明，座圈加工中，為實現平穩切削并不存在理想的切削參數，而刀片幾何結構卻有一定影響，對刀片刃口負倒棱進行倒圓對切削力、加速度和圓度有很大影響，試驗顯示倒圓半徑約60岬時，振動最小，加工座圈形狀、圓度最佳。
 
      3．2．2車座圈方案
 
      經檢測，展開式刀具I加工座圈圓度在0．008 mm左右，略有波動；展開式刀具II加工座圈圓度可以較好地控制在0．008 mm以內。刀具旋轉時存在的不平衡量會產生離心力而引起振動，對主軸軸承、刀具壽命和加工質量造成不利影響，故使用前必須做動平衡試驗，根據測出的不平衡量采用去重或配重的方法保證其平衡，此類刀具動平衡一般采用DIN IS0 1940標準G2．5級。
 
      4、結語
 
      發動機缸蓋氣門座圈加工圓度車座圈方案要優于锪座圈方案，試驗中，車座圈方案可將座圈圓度穩定控制在O．008 mm以內，而锪座圈方案只能在O．008 mm左右。而刀具結構對座圈加工圓度有一定影響，尤其對刀具的剛性要求較高，須盡可能縮短懸伸，刀片結構穩固，裝夾方式建議采用中間固定，保證刀片裝夾可靠，有效減小切削振動，提高座圈表面質量和加工圓度。
 
     本文主要試驗了相關刀具對座圈加工圓度的影響。當然，除此之外，還有很多其它因素對座圈加工圓度有綜合影響，如對機床主軸跳動有一定要求，工裝夾具盡量選用穩定可靠的液壓夾具，以及切削液的冷卻潤滑性、潤滑壓力、過濾精度等。此外，由于座圈圓度要求較高，三坐標檢測誤差相對較大，建議尋求專業的座圈圓度檢測設備。