缸盖座圈和导管加工技术

缸盖是内燃机的重要部件，它的加工精度直接影响到发动机的工作性能。发动机工作时，由于可燃气体是在缸盖燃烧室压缩后进行点燃，致使气门阀座承受很高的热负荷和机械负荷。这既要求阀座有很高的耐磨性，还要有很好的密封性。如果阀杆工作时中心发生偏移除了会导致有害的热传导和阀杆及导管孔的很快磨损外，还会造成耗油量的增加。因此，对气门阀座和导管孔的加工精度提出了很高的要求，特别是对气门阀座工作锥面与导管孔的相互间的同轴度规定了很严的公差。

对于汽油发动机，同轴度允差规定为0.015-0.025mm ，而对于柴油机则仅为0.01-0.015mm(在燃烧室中，柴油可燃气体的压缩比要比汽油大2-2.5倍)。在大批量生产中，要稳定的保持这样的公差，除需要优化加工工艺外，定位基准的选择，专用刀具和精镗头的合理结构及其精度均具有重要的意义。

气门阀座和导管孔的加工是缸盖加工的关键技术。长期以来，国内外许多组合机床和刀具制造厂，如大连组合机床研究所、Ex-Cell-O 、Alfing 、Grob 、H üler Hille 、Ernst Krause & Co 等机床厂和Komet 、Plansee 、Beck 、Mapal 等刀具厂都十分重视这类技术设备及专用刀具的开发。近几年来，特别是在专用刀具开发方面取得了长足进步，这对提高加工精度、刀具耐用度和加工效率起着积极作用。 气门阀座和导管孔的底孔加工

气门阀座和导管孔的底孔精度是直接影响气门阀座

和导管孔终加工精度的重要因素。因为底孔的同轴

度误差(一般应低于0.02-0.05mm)会造成气门阀座

和导管孔精加工余量的分配不均，从而影响到终加

工精度。

为保证阀座和导管孔底孔的同轴度公差，许多厂家

采用专用复合刀具，并分钻扩、半精镗、和精镗三道工序进行加工。在精镗时，为增强细长镗杆的刚

性，大多数采用硬质合金镗杆(图1)，但也有采用

背导向支承的方式(图2)。由于硬质合金的弹性模

数(E ＝500000N/mm ²-630000N/mm ²)比钢(E ＝

200000N/mm ²)约大3倍，因此，选用硬质合金制作

的镗杆可获得较好的刚性(R ＝3EI/L ³)。采用背导向

支承方式，同样也可增强镗杆的刚性，但为确保支

承效果，背导向的支承导套与镗杆中心应保持足够高的同轴度，在结构上也比较复杂。 缸盖的定位 精加工气门阀座工作锥面和导管孔时，多数是以与缸体的接合面和该平面上的两个定位销孔进行定位。这种曾被普遍应用的一面二销的定位方式，由于夹具定位销与阀座、导管孔之间的位置误差以及相邻阀座(和相邻导管孔)之间的位置误差均会造成加工余量的偏移，在最终精加工时，导致刚性差的铰刀也随之产生加工偏移，所以采用这种定位方式并非总能达到规定的精度。

因此，为确保加工精度，必须要减少定位误差以提高加工余量的均匀性，否则阀 图1：装有硬质合金樘杆的专用刀具 图2：精樘气门阀座和导管孔(左)，精加工气门阀座工作锥面和导管孔(右)

座和导管孔应分两次加工才是比较合理的。

缸盖采用平面和导管孔外圆进行定位，可以显著减少上述的定位误差(图2右)。采用这种定位方式，夹具的定位导套与机床主轴应保持很严的同轴度，以确保加工余量的均布。这样，阀座和导管孔只需进行一次性加工就能达到规定的公差。但是，缺点是在一个工位上只能加工一个阀座及导管孔。与采用一面两销定位方式相比，生产率要低一些，也就是，在保持同样生产率的情况下，需要增加一定数量的加工工位，从而增加了生产线的长度。

加工气门阀座和导管孔的专用刀具

采用一把专用刀具同时加工气门阀座

和导管孔有利于提高同轴度。加工阀座

的工作锥面，一般是采用锪削和车削两

种成型工艺。锪削的刀刃倾斜角要与气

门阀座工作锥面的半锥角相等。加工

时，由于阀座是淬硬材料(HRC50-58)，

刀刃的磨损较快，而这种刀刃磨损的轮

廓会复制在密封锥面上，从而影响到阀

座工作时的密封性。但其优点是刀具的

结构和刀具切削运动的控制较为简单，加工效率也较高。 采用车削工艺加工阀座工作锥面可避免锪削时出现的缺陷。加工阀座时，一

般需要加工阀座的端面，75°锥面和45°的工作锥面。前两个面的加工是为了获得一个宽度恒定的工作锥面。图4是加工阀座和导管孔的专用刀具，在专用刀具上倾斜布置的滑板刀架用于车削阀座的工作锥面，附加固定安装的三把刀具则用来加工阀座的端面、45°和75°锥面。由装在专用刀具端面处的导向套对加工导管孔的铰刀进行导向。为保证导向套与机床主轴的同轴度，在导向套装入刀体后可以再对导向套进行磨削，以消除构件的制造误差和装配误差。专用刀具刀体的导轨是精确按阀座工作锥面的角度制造的，所以可保证工作锥面的加工精度和重复精度。

加工开始前，分别推动滑板和铰刀运动的两个推杆位于起始位置，以便使车刀和铰刀都处在加工的初始位置(铰刀仅伸出导向套几毫米)。加工开始时，固定安装的刀具首先锪阀座和端面(刀刃Ⅱ)和倒棱(刀刃Ⅲ和Ⅳ)(图3)。接着这些刀具后退约0.2mm ，使刀刃Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ脱离加工面，并使装在倾斜滑板上的车刀处于待加工位置，此时通过推动外层推杆使滑板实现进给，对阀座工作锥面进行精车。加工完后在滑板移到终点位置时，按铰削速度调整专用刀具的转速，内推杆推动铰刀实现导管孔的铰削加工。当铰削结束后，内推杆退回并使刀具退到起始位置。 如果采用CBN 刀具车削阀座工作锥面时，由于要采用很高的转速(2000r/min-3600r/min)，加工时产生的离心力会影响到加工精度，因此，对于这种专用刀具应采用平衡滑板。

随着高速加工中心进入汽车生产领域，越来越多的缸盖已转向采用加工中心来进行加工。由于加工中心难于在主轴后端设置推动铰刀实现进给的油缸，故只能寻求别的办法。Mapal 和Beck 公司已开发出利用离心力控制的适合于加工中心使用 图3：气门阀工作锥面的加工 图4：加工气门阀座和导管孔专用的刀具