發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門(mén)卡簧槽的新型加工方法

雷偉斌 楊承濤 司李南

(①西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089；②西安工程大學(xué)，陜西 西安 710048)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)交通運(yùn)輸和工程機(jī)械的需求量日益增長(zhǎng)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)量不斷增加，作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心零部件之一的進(jìn)、排氣門(mén)，國(guó)內(nèi)外均由專業(yè)的配件廠生產(chǎn)，其產(chǎn)量少則幾百萬(wàn)，多則千萬(wàn)只以上，并在力圖實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。進(jìn)、排氣門(mén)的結(jié)構(gòu)形狀雖然比較簡(jiǎn)單，如圖1所示，但其加工精度要求較高，工藝復(fù)雜，加工工序較多，通常可達(dá)30多道工序，因此，每道工序的改進(jìn)提高均具有一定的意義。

氣門(mén)卡簧槽傳統(tǒng)的加工方法為車(chē)削、磨削，改進(jìn)后的加工方法為車(chē)削后滾壓加工。其加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率均有顯著提高，而且使用壽命也得以延長(zhǎng)，現(xiàn)簡(jiǎn)介如下，供國(guó)內(nèi)外相關(guān)專業(yè)同志參考。

1 傳統(tǒng)的加工方法

目前氣門(mén)專業(yè)廠加工卡簧的方法為，粗加工在普通車(chē)床或?qū)Ｓ脵C(jī)床上用反頂尖夾持住氣門(mén)的前后兩端，用成形車(chē)刀根據(jù)不同規(guī)格型號(hào)的氣門(mén)所要求的槽(通常為圓柱形和圓錐形)形進(jìn)行加工，為精加工工序留0.1 mm的余量，精加工在外圓磨床上用反頂尖夾持工件，將砂輪修正成卡簧槽的形狀進(jìn)行加工[1]，如圖2所示。磨削至Ra0.8 μm的表面粗糙度要求加工時(shí)間約20～30 s，班產(chǎn)800～1 000件。

2 改進(jìn)后的新型加工方法

為了提高氣門(mén)卡簧槽加工工序的產(chǎn)量和質(zhì)量，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)開(kāi)發(fā)出了在滾絲機(jī)上進(jìn)行卡簧槽精加工的工藝方法，如圖3所示。

該工藝方法采用一對(duì)動(dòng)、定滾壓輪，其幾何形狀與卡簧槽的成形面相同，為節(jié)省較昂貴的材料，在支承板上部焊有一層8～10 mm的硬質(zhì)合金條，加工時(shí)氣門(mén)用機(jī)械手或人工放置在支承板上，其中心高與滾壓輪的中心等高或低0.1 mm，一對(duì)滾壓輪同方法旋轉(zhuǎn)，動(dòng)滾壓輪作“快進(jìn)→滾壓→退回”，卸下并放置新的工件，該工作循環(huán)連續(xù)自動(dòng)進(jìn)行[2]，其工藝參數(shù)為：

滾壓輪轉(zhuǎn)速：36 r/min

滾壓余量：0.05～0.1 mm

滾壓時(shí)間：3～5 s

滾壓輪直徑180 mm，寬度20 mm，材料：GCr15，熱處理淬火至58～62 HRC。

3 特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益

氣門(mén)卡簧槽精加工工序改進(jìn)后的加工方法具有以下特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 生產(chǎn)效率顯著提高

傳統(tǒng)的磨削加工方法除機(jī)動(dòng)時(shí)間外，成型砂輪經(jīng)過(guò)一段時(shí)間工作后還需要重新修磨，耗費(fèi)一定的輔助時(shí)間，班產(chǎn)通常為800～1 000只，滾壓法精加工氣門(mén)卡簧槽僅需3～5 s，班產(chǎn)可達(dá)3 000只以上，較傳統(tǒng)的方法生產(chǎn)效率提高3倍以上[3]。

3.2 提高了加工質(zhì)量

采用磨削法精加工卡簧槽時(shí)，砂輪將工件表面的殘留不平度一層一層地磨削下去，從車(chē)削的Ra3.2 μm降低到Ra0.8 μm時(shí)耗時(shí)較多。

滾壓加工是在滾壓輪的滾壓力作用下，將表面殘留不平度的波峰壓下，波谷提升，可迅速降低其殘留不平度，通?？山档?～6級(jí)，即從車(chē)削的表面粗糙度Ra3.2 μm達(dá)到Ra0.2 μm或Ra0.1 μm以上，達(dá)到了鏡面效果，如圖4所示幾種不同工藝方法用表面粗糙度測(cè)量?jī)x的測(cè)量結(jié)果比較圖[4]。

3.3 提高耐磨性，延長(zhǎng)使用壽命

磨削加工時(shí)砂輪從工件表面切除一定的余量，加工后工件表面會(huì)產(chǎn)生一定的殘余拉應(yīng)力，對(duì)工件耐磨性有一定影響，滾壓加工時(shí)，在滾壓力作用下工件表面層的晶粒被擠壓，位錯(cuò)密度增加，形成一定的冷硬層，表面硬度有所提升，而且在工件表面層形成殘余壓應(yīng)力，有利于工件耐磨性的提高，這種提高呈梯次形，表面層提高較多，向工件內(nèi)部越深則硬度增加越少，直至工件的基體硬度。其硬度提高的百分率可按下式計(jì)算：

(1)

式中：H0為工件材料的原始硬度；H為滾壓加工后表面層的顯微硬度。

圖5為經(jīng)過(guò)滾壓加工后其表面層硬度提高的試驗(yàn)曲線。

當(dāng)工件表面的硬度提高，具有殘余壓應(yīng)力則可提高其在高頻率工況下使用壽命，其作用于目前廣泛采用的拋丸強(qiáng)化相類(lèi)似。

3.4 降低生產(chǎn)成本

滾壓加工卡簧槽時(shí)針對(duì)一種規(guī)格品種僅制造一對(duì)滾壓輪即可。長(zhǎng)期生產(chǎn)，滿足使用要求，必要時(shí)在磨床上修磨一次外徑，便可重復(fù)使用，磨削加工時(shí)由于成型磨削需要經(jīng)常修正砂輪，必要時(shí)需要更換新的砂輪，因而制造成本高于滾壓加工[5]。

3.5 為自動(dòng)化生產(chǎn)創(chuàng)造良好的條件

改進(jìn)后的加工方法在卡簧槽進(jìn)行精加工時(shí)，氣門(mén)無(wú)需夾持，僅用機(jī)械手或人工放置在支承板上即可進(jìn)行加工，較磨削加工方法易于實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)裝卸，為氣門(mén)生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化創(chuàng)造了一定的條件。

4 結(jié)語(yǔ)

為了改進(jìn)提高發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的制造水平，開(kāi)發(fā)了氣門(mén)卡簧槽的新型加工方法，將傳統(tǒng)的磨削精加工改進(jìn)為滾壓加工，使其生產(chǎn)效率，加工質(zhì)量得到顯著提高，生產(chǎn)成本降低，使用壽命延長(zhǎng)，是一種具有一定推廣應(yīng)用價(jià)值的工藝方法，希望能夠?qū)ξ覈?guó)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件制造水平的提高有所裨益和幫助。