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缸盖气门导管座圈的加工及改进

作者：王晓俊

来源：《工业设计》2016年第06期

摘要：L46发动机缸盖的气门座圈和气门导管均为粉末冶金压制烧结而成，具有较高的硬

度，是整台发动机的材料中耐冲击、耐磨性最好的材料。在加工上有一定难度，而在实际应用

中，由于切削状况复杂，对刀具以及设备均有很高的要求，所以经常发生多种问题。本文中对

加工所用的刀具以及加工工艺的改进的指导思想，就是解决在汽缸盖加工中经常发生的问题。

关键词：导管座圈加工；同轴度及跳动量；刀具成本

汽车发动机缸盖是整台发动机中的重要零部件之一，而缸盖的气门座圈密封面和导管孔加

工是缸盖加工的关键工序。气门座圈的密封性直接影响发动机的做功效率及动力输出。

缸盖的座圈和导管均为粉末冶金压制烧结而成，具有较高的硬度和材料密度，是整台发动

机的材料中耐冲击、耐磨性最好的材料。加工时有一定的难度，对刀具的要求和加工设备的精

度、刚性等要求都非常高。在实际应用中，由于切削状况复杂，在加工过程中发生多种问题。

因此对刀具改进和工艺改进的指导思想，就是为了解决在L46发动机的缸盖加工中发生的问

题：

（1）座圈密封面对导管孔的跳动量达不到工艺要求；

（2）座圈刀片易出现爆口，刀具成本上升；

（3）刀具耐用度低；

为此，就针对这些问题进行了分析和作了一些改进。

缸盖座圈及导管加工的工艺1简介

缸盖座圈及导管的加工是L46采用GROB公司提供的BZ500型CNC加工中心。刀具是选

用了Mapal精密刀具公司的刚性组合刀具。工艺上分二各工步来完成座圈和导管的精加工。

（1）先用Ø7.9×Ø8.002的阶梯先导刀具进行导管孔的预加工；

（2）再用Ø8.01的（PCD）铰刀和（CBN）精密镗铰刀的组合刀具一次成形，加工完成

导管孔和座圈孔的加工。（精密镗铰刀和镗刀一样，采用单刀刃切削。其基本原理是利用支撑

导条来吸收切削产生的阻力和振动。其独特的结构，超精密的内孔精度，优异的表面粗糙度及

高经济效益，已被汽车工业广泛采用。）如下图1所示：

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工步1，采用先导刀具加工一段长度12mm的预加工孔，是考虑到后工序的导管孔Ø8.01

铰刀自身刚性较差，为消除前工序所加工的（导管底孔、导管压装）位置度误差，采用先导刀

具加工一段长度12mm的预加工孔，帮助工步2的导管孔Ø8.01PCD铰刀找准进刀起始位

置。

工步2，对导管孔和座圈密封面采用一把复合刀具一次加工完成，是考虑到工艺上气门座

圈相对于导管孔轴心线的同轴度要求，以及机床加工节拍等因素。

座圈及导管加工加工中存在的主要问题及问题解决2

座圈密封面对导管孔跳动问题2.1

2.1.1问题的出现

我们在GROB公司预验收机床时，Mapal公司制造的这一复合型刚性刀具，加工座圈和导

管时就出现难以满足座圈对导管的跳动量Ø0.035mm的要求。在试切工件100件，作能力预

验收时，对气门导管座圈的跳动量进行100%的测量。但测量值经过统计分析机床能力非但达

不到CPK≥1.67（机床验收最低标准）的要求，而且还有很多工件的跳动量超过0.035，合格

率只有87%左右。为了解决此难题，GROB机床公司和Mapal刀具公司的有关技术人员共同

做了多项工作：重新研究加工工艺；座圈压装前的底孔与导管底孔的同轴度测量；导管外径与

内孔的跳动量测量；甚至增加了座圈支承壁厚强度，再进行座圈与导管的加工，跳动还是不能

满足要求等等。

2.1.2问题产生的可能原因

2.1.2.1非问题原因

人：因为人在这里只是做上下料的工作，对工件的夹紧放松不起任何辅助作用，因此人对

加工不产生直接影响。

冷却液：机床采用湿式加工，因此切削液混合比为1：9的乳化液。并且达到未加水前切

削液本身含有55%以上的矿物油成份。刀具内冷的流量值和压力值均达设计要求。

2.1.2.2可能的直接原因

机床：机床的切削参数适宜刀具材料。转速3000r/m