发动机进、排气门卡簧槽的新型加工方法

雷伟斌 杨承涛 司李南

(①西安航空职业技术学院，陕西 西安 710089；②西安工程大学，陕西 西安 710048)

随着国民经济的飞速发展，对交通运输和工程机械的需求量日益增长，汽油发动机和柴油发动机的产量不断增加，作为发动机的核心零部件之一的进、排气门，国内外均由专业的配件厂生产，其产量少则几百万，多则千万只以上，并在力图实现自动化生产。进、排气门的结构形状虽然比较简单，如图1所示，但其加工精度要求较高，工艺复杂，加工工序较多，通常可达30多道工序，因此，每道工序的改进提高均具有一定的意义。

气门卡簧槽传统的加工方法为车削、磨削，改进后的加工方法为车削后滚压加工。其加工质量、生产效率均有显著提高，而且使用寿命也得以延长，现简介如下，供国内外相关专业同志参考。

1 传统的加工方法

目前气门专业厂加工卡簧的方法为，粗加工在普通车床或专用机床上用反顶尖夹持住气门的前后两端，用成形车刀根据不同规格型号的气门所要求的槽(通常为圆柱形和圆锥形)形进行加工，为精加工工序留0.1 mm的余量，精加工在外圆磨床上用反顶尖夹持工件，将砂轮修正成卡簧槽的形状进行加工[1]，如图2所示。磨削至Ra0.8 μm的表面粗糙度要求加工时间约20～30 s，班产800～1 000件。

2 改进后的新型加工方法

为了提高气门卡簧槽加工工序的产量和质量，经过反复试验开发出了在滚丝机上进行卡簧槽精加工的工艺方法，如图3所示。

该工艺方法采用一对动、定滚压轮，其几何形状与卡簧槽的成形面相同，为节省较昂贵的材料，在支承板上部焊有一层8～10 mm的硬质合金条，加工时气门用机械手或人工放置在支承板上，其中心高与滚压轮的中心等高或低0.1 mm，一对滚压轮同方法旋转，动滚压轮作“快进→滚压→退回”，卸下并放置新的工件，该工作循环连续自动进行[2]，其工艺参数为：

滚压轮转速：36 r/min

滚压余量：0.05～0.1 mm

滚压时间：3～5 s

滚压轮直径180 mm，宽度20 mm，材料：GCr15，热处理淬火至58～62 HRC。

3 特点和经济效益

气门卡簧槽精加工工序改进后的加工方法具有以下特点和经济效益。

3.1 生产效率显著提高

传统的磨削加工方法除机动时间外，成型砂轮经过一段时间工作后还需要重新修磨，耗费一定的辅助时间，班产通常为800～1 000只，滚压法精加工气门卡簧槽仅需3～5 s，班产可达3 000只以上，较传统的方法生产效率提高3倍以上[3]。

3.2 提高了加工质量

采用磨削法精加工卡簧槽时，砂轮将工件表面的残留不平度一层一层地磨削下去，从车削的Ra3.2 μm降低到Ra0.8 μm时耗时较多。

滚压加工是在滚压轮的滚压力作用下，将表面残留不平度的波峰压下，波谷提升，可迅速降低其残留不平度，通常可降低4～6级，即从车削的表面粗糙度Ra3.2 μm达到Ra0.2 μm或Ra0.1 μm以上，达到了镜面效果，如图4所示几种不同工艺方法用表面粗糙度测量仪的测量结果比较图[4]。

3.3 提高耐磨性，延长使用寿命

磨削加工时砂轮从工件表面切除一定的余量，加工后工件表面会产生一定的残余拉应力，对工件耐磨性有一定影响，滚压加工时，在滚压力作用下工件表面层的晶粒被挤压，位错密度增加，形成一定的冷硬层，表面硬度有所提升，而且在工件表面层形成残余压应力，有利于工件耐磨性的提高，这种提高呈梯次形，表面层提高较多，向工件内部越深则硬度增加越少，直至工件的基体硬度。其硬度提高的百分率可按下式计算：

(1)

式中：H0为工件材料的原始硬度；H为滚压加工后表面层的显微硬度。

图5为经过滚压加工后其表面层硬度提高的试验曲线。

当工件表面的硬度提高，具有残余压应力则可提高其在高频率工况下使用寿命，其作用于目前广泛采用的抛丸强化相类似。

3.4 降低生产成本

滚压加工卡簧槽时针对一种规格品种仅制造一对滚压轮即可。长期生产，满足使用要求，必要时在磨床上修磨一次外径，便可重复使用，磨削加工时由于成型磨削需要经常修正砂轮，必要时需要更换新的砂轮，因而制造成本高于滚压加工[5]。

3.5 为自动化生产创造良好的条件

改进后的加工方法在卡簧槽进行精加工时，气门无需夹持，仅用机械手或人工放置在支承板上即可进行加工，较磨削加工方法易于实现工件的自动装卸，为气门生产的自动化和智能化创造了一定的条件。

4 结语

为了改进提高发动机零部件的制造水平，开发了气门卡簧槽的新型加工方法，将传统的磨削精加工改进为滚压加工，使其生产效率，加工质量得到显著提高，生产成本降低，使用寿命延长，是一种具有一定推广应用价值的工艺方法，希望能够对我国发动机零部件制造水平的提高有所裨益和帮助。