发动机缸盖气门座圈加工工艺的优化设计

发动机缸盖气门座圈加工工艺的优化设计

摘要：发动机缸盖座圈经常与高温高压的燃气相接触，承受着较高的热负荷和机械负荷，若发动机缸盖进、排气座圈的环带密封带及对导管孔跳动值不良，将会使气门在工作时发生中心偏移，导致有害的热传导和气门及导管孔的快速磨损，降低座圈的耐磨性和密封性，直接影响发动机功率、油耗及性能，故座圈和导管孔的加工工艺设计也越来越受重视。

关键词：发动机；缸盖；工艺设计

近年来，随着现代汽车行业的竞争日益加剧，汽车发动机行业也不断发展壮大，不断有新设备、新工艺、新技术引入，发动机行业已成为汽车零部件制造业的至关重要的一部分。为了保证发动机具有良好的性能，需要保证缸盖配气具有良好的密封性，使得发动机缸盖能够承受很大的热负荷和机械负荷，故在缸盖加工过程，对缸盖进、排气座圈方面的工艺要求也越来越高，如我司生产的LJ469QE2缸盖，其座圈环带跳动值小于0.05mm，座圈粗糙度小于Ra0.8，环带密封带宽度（1.3±0.2）mm。

图1 座圈加工工艺要求

1.生产工艺流程

发动机缸盖毛坯一般为合金铸铝件，作为发动机上关键零部件之一，加工精度要求较高，加工工艺复杂，其加工质量直接关乎发动机整机性能。通过不断的考察和研究，发动机缸盖加工的生产工艺已经不断逐渐成熟，基本能满足精度要求。其中对于缸盖关键工序——座圈和导管孔加工的工艺流程主要是为：缸盖毛坯上线检查——转铰加工导管底孔/座圈底孔——气门导管/气门座圈压装——锪铰气门导管孔/气门座圈——座圈环带试漏——成品下线。整个工艺过程中，锪铰气门座圈/气门导管孔工序至关重要，直接关系座圈对导管孔的跳动值、粗糙度、环带密封带宽度的实现。

2.重点工艺

加工进、排气座圈孔和导管孔的加工已作为衡量发动机缸盖精加工的重要关键工序之一，其形位公差和精度的要求也越来越高，越来越受到各发动机工厂重视。经过较长时间的发展，发动机缸盖进、排气座圈和导管孔的加工工艺已经逐渐成型，一般采用复合锪座圈底孔及枪铰导管底孔。

对于我司之前量产的465Q发动机缸盖，采用硬质合金刀具锪削气门座圈、铣铰导管孔工艺。即进、排气座圈3个坡口角度30°、45°、75°采用多支刀具，分别一次性加工，最后导管孔采用铣铰方式加工。由于刀杆采用侧固式夹持结构以及多支刀具进行加工，座圈加工的同轴度、环带密封带宽度容易受影响造成超

差；同时硬质合金刀具加工粉末冶金时，刀具磨损快，切削阻力大，刀具容易震动，另外受机床主轴精度影响，座圈环带相对导管孔跳动值及环带粗糙度等加工精度也常超差，也难以达到工艺要求，造成较多的产品不良，影响发动机性能。

我司新设计开发的LJ469QE2发动机缸盖加工和465Q型发动机缸盖座圈加工基本相似，只是3个坡口角度改为17°、75°、44°，针对465Q型发动机缸盖座圈加工存在的问题，，我司469QE2缸盖线在工艺规划时吸收了同行的经验和教训，在座圈和导管孔的加工上进行了有效的优化设计。

3.加工工艺改进

3-1 刀具结构改进

刀座结构设计引进瑞典山高的技术，座圈锪刀由原来的硬质合金刀片改为可转位CBN刀片，同时采用带微调装置的可调刀夹，刀具角度以及尺寸大小可做微调，座圈精锪刀和导管精铰刀组成的整体刀座，保证座圈和导管的尺寸、粗糙度的稳定性。导管铰刀由原来的硬质合金铣铰刀改为单刃PCD枪铰刀，提高刀具使用寿命、导管孔尺寸的稳定性。导管铰刀的夹持由原来的侧固式改为山高自有专利的螺帽滚珠紧固方式，提高铰刀夹持的跳动精度，从而进一步保证44°座圈坡口和导管孔加工的跳动值及环带密封带宽度的稳定性。

图2 锪刀结构以及导管铰刀夹持结构

3-2 加工方式改进

座圈和导管孔的加工由原来的锪削座圈+铣铰导管孔改为粗、精锪座圈+粗、精枪铰导管孔，即：1）座圈17°、75°、44°坡口锪削，其中44°坡口留0.15mm 余量精锪；2）导管孔粗铰3-5mm作引孔，用于精铰时导向；3）座圈、导管粗加工后，座圈精锪刀和导管精铰刀组成的整体刀座同时轴向进给，精锪44°坡口，同时精铰导管孔。由于精锪时座圈表面已经粗锪过，留精锪的加工余量均匀，只有0.15mm，同时采用CBN刀具，切削力较小。另外导管孔精铰刀采用PCD刀具，在引孔的导向作用下，切削稳定。相对之前硬质合金刀具锪削、铣铰工艺，改进后的加工工艺使得座圈相对导管孔跳动值，座圈表面粗糙度等加工精度得到明显改善。

根据2013年6-12月的加工统计数据对比，采用新式刀座结构、新型材质刀具及加工方式改进后，成品入库抽检跳动值、环带密封带宽度、粗糙度的不合批次由改进前的3-5批次/月降低到0-1批次/月，其中刀具使用寿命和加工稳定性有了明显提升，换刀频次由改进前的1件/70件优化为1件/500件,取得了一定的经济效果。

4.结束语

通过CBN刀具、PCD刀具、山高刀具的先进结构设计的引入以及加工方式

的改进，在缸盖座圈、导管加工上具有独特的优势，缸盖加工时，能够很好的保证相应尺寸、粗糙度稳定性，也有效解决了座圈对导管孔跳动、环带密封宽度的工艺问题，同时也有效避免了硬质合金刀具引起的刀刃磨损较快时，磨损缺陷会在复制到环带密封带上的问题。为了保证发动机设计性能的实现，发动机缸盖进、排气座圈的加工工艺是不可忽视的要素，需要工艺人员必须做好座圈加工工艺设计工作的优化研究。

5.参考文献

[1] 吴国君,聂绪胜,谢慧娟等.发动机缸体试制工具选型策略[J].现代零部件,2014,(1):46-48.

[2] 汪学明.ACCORD轿车缸盖工艺设计[J].制造技术与机床,2002,(2):30-32.

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