大型气缸盖排气阀孔用的斜孔钻孔工装

2021-08-27廖柳青

设备管理与维修 2021年11期

廖柳青，帅虎

（广州柴油机厂股份有限公司，广东广州 510370）

0 引言

G32 气缸盖是某司G32 系列柴油机（最大功率达8000 kW)上的重要零件，其上分布有进气阀孔、排气阀孔各2 个，每个排气阀孔壁分布有4 个不同空间角度的冷却水斜孔，并且斜孔不在正常加工基准面内（图1）。柴油机气缸盖排气阀温度能否在正常范围，取决于阀座的冷却水孔是否畅通。为让冷却水正常流通，该孔就必须严格按要求加工，保证相关空间角度在设计范围内。若采用数控机床加工，不仅需要设计制造大型的工装，某司也不具备大型卧式加工中心或者大型五轴加工机床，若购置新设备，成本投入非常昂贵。

图1 G32 气缸盖排气阀孔壁Φ8 斜孔位置

1 加工方案

鉴于上述加工难点，在不投入高额大型数控机床或五轴加工中心的前提下，设计采用万向钻床配合快速定位夹具工装，实现该柴油机气缸盖阀座冷却水孔的加工。充分理解盖零件设计使用特性及所用机床特点，利用该G32 气缸盖零件特点制造了定位安装码夹，结构简单，设计巧妙，尺寸小巧，操作简便，生产效率，经济高效地解决了此问题。该夹具的显著特点是利用了钢珠的快速卡位来达到夹具的定位码紧快换的作用。

2 工装方案

设计所述独立钻孔工装1 套，借助万向钻机床钻孔的方法加工，可以大大节省大型钻孔工装费和设备投入费（图2）。该工装上的夹具本体需要与待加工孔有固定的位置关系，夹具体根据气缸阀座冷却孔形状设计成多级圆柱体结构，使夹具体充分与被加工的阀座孔贴合，实现径向零误差；夹具体上的台阶面与排气阀孔台阶面贴合实现夹具体轴向的定位，实现轴向零误差。1 个阀座孔内有2 个冷却水孔，根据气缸盖上冷却水孔位置分别在其2 个排气阀孔表面各划一条线，其夹角为14°，与设计图纸匹配，夹具体上的刻线分别对准排气阀划线，实现其旋转方向的定位，方便加工2 个角度的孔。

图2 气缸盖排气阀孔壁斜孔钻孔

同时，夹具体上设计的斜孔与气缸盖阀座冷却水孔角度一致，均为15°，保证与设计图纸吻合；为了保证夹具体斜孔不容易被加工时的钻头磨损，保持夹具体应有的精度，设计在斜孔上加装1 个固定钻套（图3）。该钻套采用T12A 碳素工具钢作为材料，该钢是过共析钢，由于含碳量高，淬火后仍有较大的过剩碳化物，可加工性好、价格便宜、来源容易，适合制造尺寸小、形状简单、轻负荷的工具，以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等。

图3 固定钻套

由于淬火工艺的特性，零件在淬火前要将锐利边角打磨圆滑，避免出现裂纹。将该固定钻套两端车成圆弧状，一方面避免淬火出现裂纹，另一方面方便钻孔时钻头进出，容易导向。由于该材料含碳量很高，加工出来的固定钻套经过淬火后硬度可以达到58～62 HRC，具有极高的硬度和耐磨性，能保证夹具体不容易被磨损，保持钻孔的稳定性，保证精度。

确定该工装钻模体的位置关系后，需要固定夹具钻模体，以保障钻孔效果。一种方式是需要借助工件上的螺纹孔拧入螺钉，将钻模与工件固定；另一种方式是借助压板通过螺钉将钻模体与工件码紧。G32 气缸盖排气阀孔周边没有螺纹孔，通常只能依靠压板码夹的方式固定，但这种固定方法需要增设长螺杆、压板、后枕铁、锁紧螺母等零件，每次装拆都比较繁琐操作不方便，8 个孔需要装拆8 次耗费很多辅助工时。

该排气阀座是由三级递减的内孔组成，中间级内孔是冷却及避空位设计，可以利用该段内孔，在夹具钻模体的相应位置设计使用钢珠的快速卡位来达到夹具的定位码紧快换功能，使用效果非常好。在夹具钻模体中间级外圆处加工有装入钢珠的孔，并且在相应位置的顶端面上加工有推动钢珠往外移动的螺纹孔。通过该螺纹孔装入顶杆螺栓，推动钢珠往外移动，迫使钢珠与夹具钻模体中间级内孔卡紧，使夹具钻模体牢牢地固定在阀座孔上。

夹具钻模体各级外圆与气阀孔各级孔间隙配合，在钻模体上有与排气阀孔壁上的斜孔角度一致的钻套孔，固定钻套压入钻套孔。在钻模体侧面与径向垂直方向设计有特殊穿孔，该孔侧面与钻模的外圆穿透，底孔不穿透，且侧面穿孔处的宽度要小于该特殊穿孔直径，不让钢珠跑出。将与特殊穿孔直径相当的钢珠塞入孔中，保持间隙配合，然后用塞子堵住特殊穿孔孔口，防止钢珠跑出。在钻模体顶端面设计有与上述特殊穿孔垂直贯通的螺纹孔，调整螺钉末端设计成锥形，并拧入孔中。钻模体上的一条划线对准排气阀孔划线。调整螺钉向下拧紧，其末端的锥面将钢滚顶出，使钻模体与排气阀孔固定。加工时，加长麻花钻通过固定钻套导向，钻加工排气阀孔壁Φ8 mm 斜孔。调整螺钉向上拧，钢珠与调整螺钉锥面脱开，钻模体与排气阀孔松开。旋转钻模体，使钻模体上另一条刻线与排气阀孔划线对齐，实现另一斜孔的加工。