发动机零部件密封环槽部位去毛刺工艺

2022-11-20陈秋杰

金属加工(冷加工) 2022年11期

关键词：金刚砂铰刀底孔

陈秋杰

潍柴动力股份有限公司山东潍坊 261061

1 序言

密封环槽是发动机零部件普遍使用的密封结构，对保证发动机零部件水腔、油路等部位密封具有重要作用。典型的密封环槽结构（见图1）有气缸盖喷油器衬套底孔环槽部位等。

图1 典型的密封环槽结构

生产过程中发现，环槽部位加工过程中产生的毛刺（见图2）较多，装配过程中会划伤密封圈及其他零部件，造成气缸盖内腔密封失效、漏水等。

图2 环槽部位的毛刺

通过在环槽部位增加倒角，在一定程度上起到了去毛刺效果。但受切槽刀具制造精度、磨损等因素影响，增加倒角不能彻底地清除环槽部位毛刺。为此一些专家及工程技术人员对发动机零部件去毛刺的方法及技术进行了研究探索[1-3]。

本文以气缸盖喷油器衬套底孔环槽部位为例，对环槽部位去毛刺工艺进行研究，比较不同去毛刺工艺的效果及稳定性，确定适宜大批量生产线的去毛刺工艺，彻底消除因毛刺而产生的质量隐患，降低工序废品率，提高产品质量。

2 去毛刺工艺设计

根据环槽部位毛刺特点及生产线现状，同时考虑工艺方法的成本、效率，分析确定采用以下3种去毛刺工艺方法进行试验。

2.1 普通铰刀与浮动刀柄相结合的工艺

浮动去毛刺铰刀结构如图3所示，主要由浮动刀柄、接杆和铰刀组成。具体使用方法是将铰刀安装在浮动刀柄中，加工时刀具有一定的浮动空间，在浮动过程中切削刃将毛刺切削去除。

图3 浮动去毛刺铰刀结构

2.2 金刚砂磨料棒与浮动刀柄相结合的工艺

金刚砂磨料棒去毛刺刀具结构如图4所示，主要由浮动刀柄、接杆和金刚砂磨料棒组成。其中金刚砂磨料棒是常用的人工去毛刺工具，但人工操作工作量大、生产效率低，去毛刺效果一致性不好，难以适应大批量生产需求。将金刚砂磨料棒进行改造后，与浮动刀柄相配合，实现设备自动去毛刺。

图4 金刚砂磨料棒去毛刺刀具结构

2.3 弹簧刀片去毛刺工艺

弹簧片压紧式去毛刺刀具结构如图5所示，主要由硬质合金刀片、销轴、弹簧片、紧固压条、螺钉、刀杆及刀体组成。刀片可绕轴旋转，弹簧片产生的弹力保证切削过程中切削刃压紧环槽棱边（工件毛刺部位），定点清除毛刺。弹簧片压紧、刀片可转动式刀具实物如图6所示。

图5 弹簧片压紧式去毛刺刀具

图6 弹簧片压紧、刀片可转动式刀具

3 去毛刺工艺试验验证

以喷油器衬套底孔φ30H7、切槽φ35.4H9的柴油机气缸盖为试切工件，对不同去毛刺工艺方案进行验证。试验前对试切工件密封环槽部位毛刺情况进行观察、拍照记录，切槽部位外侧存在明显毛刺。内窥镜拍摄的切槽部位毛刺如图7所示。

图7 内窥镜拍摄的切槽部位毛刺

试验前对试验对象底孔φ30H7进行测量记录，底孔直径合格。

试验验证过程中按规定对机床进行检查和调整，确认去毛刺刀具安装正确到位，夹具定位准确、夹紧可靠，程序及参数正确。

3.1 采用普通铰刀去毛刺效果

首先使用φ29.99mm铰刀进行试验。将工件在夹具中定位夹紧，机床按程序自动运行，连续加工10个工件。加工完毕后检查发现，10个工件密封环槽部位毛刺均被去除，但其中8个工件底孔被二次切削，经测量，底孔局部直径超差。分析确定φ29.99mm去毛刺铰刀破坏了已精加工的底孔。

将铰刀直径依次磨小至φ29.96mm、φ29.93mm和φ29.90mm，各加工10个工件进行试验，发现主要存在2种结果：①密封环槽部位毛刺被去除，底孔被二次加工，但去毛刺铰刀破坏了已精加工的底孔。②底孔完好，但毛刺去除不彻底。

采用铰刀与浮动刀柄相结合的工艺方案去毛刺，存在底孔被二次加工或毛刺去除不彻底问题，该方法不适用于批量产品生产。

3.2 采用金刚砂磨料棒去毛刺效果

根据采用铰刀去毛刺的经验，使用φ29.96mm金刚砂磨料棒进行试验。将工件在夹具中定位夹紧，机床按程序自动运行，连续加工10个工件，加工完毕后检查发现，10个工件密封环槽部位外侧毛刺均被去除；底孔孔壁有明显刀痕，为金刚砂磨料棒磨削痕迹。经测量，底孔表面粗糙度合格，底孔直径合格，底孔未被破坏。

进一步对密封环槽部位去毛刺效果进行观察，发现10个工件密封环槽部位内侧均存在少量毛刺（见图8）。根据试验前对试切工件密封环槽部位毛刺情况位进行观察、拍照记录以及金刚砂磨料棒结构特点，分析确认使用金刚砂磨料棒去毛刺过程中，将部分外侧毛刺推向了密封环槽内侧。

图8 密封环槽部位内侧毛刺

采用金刚砂磨料棒与浮动刀柄相结合的工艺方案去毛刺，存在金刚砂磨料棒将外侧毛刺推向密封环槽内侧问题，该方法不适用于批量产品生产。

3.3 采用弹簧刀片去毛刺效果

采用弹簧刀片刀具去毛刺时，机床及刀具动作顺序为：机床主轴不旋转状态下，刀具进入密封环槽中部→机床主轴旋转→机床主轴前进，去除密封环槽一侧毛刺→机床主轴后退，去除密封环槽另一侧毛刺→刀具返回密封环槽中部→机床主轴停转→刀具退出工件。

采用弹簧刀片刀具去毛刺方案，由于对加工程序的要求与前两种方案不同，因此编制了新的机床运行程序，对程序及参数进行调试后进行试验。

使用理论加工直径30mm的弹簧刀片刀具进行试验。将工件在夹具中定位夹紧，机床按程序自动运行，连续加工10个工件。加工完毕后检查发现，10个工件密封环槽部位大的毛刺被去除，但倒角边缘仍存在较小的毛刺。倒角较大处产生的二次毛刺如图9所示。

图9 倒角较大处产生的二次毛刺

根据试验前对试切工件密封环槽部位毛刺情况进行观察、拍照记录以及弹簧刀片刀具特点，分析确认7个试切件密封环槽部位去毛刺效果不彻底的原因是刀片未到达倒角边缘时停止了工进，导致倒角边缘产生较小的二次毛刺。若加大工进行程，会使倒角长度超过图样要求，不利于密封。

根据第一轮试验情况，重新准备密封环槽部位不带倒角的工件进行试验。试验前对试切工件密封环槽部位毛刺情况进行观察、拍照记录。

使用理论加工直径30mm的弹簧刀片刀具，连续加工10个密封环槽部位不带倒角的工件。加工后用内窥镜对切槽部位进行观察，10个工件密封环槽部位毛刺彻底去除。切槽处不带倒角去毛刺效果如图10所示。

图10 切槽处不带倒角去毛刺效果

将试切件解剖（见图11）观察，密封环槽部位外侧、内侧无毛刺，效果良好。

图11 试切件解剖

对去毛刺前后工件进行对比，发现在去除毛刺的同时，试切件还出现了以下情况。

1）环槽边缘处形成了0.3～0.5mm的倒角且轮廓均匀，满足图样要求。该处倒角大小可通过更换刀具中的弹簧片进行控制，可以接受。

2）孔壁上形成了两道划痕，可目测，用手触摸时与无划痕处同样平滑；用高精度三坐标扫描仪测量孔壁，划痕处数值没有波动。经分析，该两道划痕为刀具快进、快退时留下的痕迹，是刀片球形头部（见图12）与孔壁接触留下的痕迹，痕迹的明显程度与工件材料、刀具弹簧片规格等有关，属正常现象，非划伤。解剖检测无触摸感，装衬套进行气密试验，无漏气现象，检查孔径，去毛刺前后孔径未发生变化。综合以上因素，可判断划痕为正常现象，未划伤工件，可以接受。