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1、分析当前发动机气缸气门座圈与导管底孔的常用加工方式以及气门导管与座圈加工特点和存在的主要问题，介绍一种适用于加工气门导管及座圈的实用新型复合刀具应用技术，并从该复合刀具的结构设计、导向装置和刀具冷却与排屑措施等方面进行深入探讨。1序言WD615系列发动机缸盖气门导管、座圈加工尺寸及精度要求如图1所示进气、排气导管孔内径尺寸要求1H7（Ig）,导管中心相较于缸盖下表面（基准U）垂直度要求y0.1mm,座圈面相较于导管中心（基准4基准8）径向圆跳动要求为0.02mm尺寸精度要求高，缸盖导管采用铸铁材质，硬度200250HBW,进气门、排气门座圈材料采用粉末冶金WR3119L,硬度4046HRC,要
2、求导管孔表面粗糙度值Aa=1.6m,座圈面表面粗糙度值Aa=0.8m,硬度及表面粗糙度要求高。原生产工艺多采用分体式镶刀，先加工缸盖导管孔，导管孔加工完毕后，采用机床主轴不动，更换加工刀具后再对气门座圈进行加工的方式，这时需要重新校对刀具和气门座圈之间的位置，检测气门座圈的径向圆跳动量是否合格，若不合格，需重新调整，有时需要反复调整多次。换刀需要停机，停机时间不产生效益，但要分摊费用，计入加工成本。这样不仅降低了生产效率，容易产生加工废件，增加了生产成本，而且采用这种加工方法加工的缸盖气门座圈和导管孔表面粗糙度也很难达到产品的技术要求。为解决这种问题，目前多采用特殊组合刀具加工的方法，而刀具结
3、构设计是否合理决定了气门座圈和导管孔的加工质量和刀具寿命。l IH7( 08控制剖面”4允许加工） 16117( 4g0l,3/（ZIo2）清除板飞边图1缸盖气门导管、座圈尺寸及精度要求2气门导管及座圈加工特点和存在的主要问题根据一般规定，孔深与孔径d之比大于5,即45的孔称为深孔。发动机缸盖气门导管的钱削加工除具备普通钱削的特点外，还具备深孔加工的特点，在实际加工过程中存在以下主要问题。1）根据加工现场分析，发动机缸盖气门导管及座圈加工处于封闭状态下进行，不能直接观察到刀具的切削情况。现阶段仅通过观测断屑以及切削液喷射角度进行判断。2）切削热散热及排屑难度大。普通加工过程的散热主要通过切削传
4、递，占比在80%以上，而深孔钻削具有不易排屑、扩散迟的特点，该项占比仅为40%左右，导致刃口的切削温度可达600C以上，必须采用强制有效的冷却方式，同时由于为深孔加工，排屑路径长，因此易产生堵塞，导致崩刃或断刀。3）工艺系统整体刚性差。鉴于深孔加工的特点，孔的长径比较大，刀杆细而长，整体刚性差，易产生振动及加工走偏等问题，必须配置支承导向结构。3解决方法和措施3.1 刀具结构的设计目前，为解决传统分体式键刀加工气门导管及座圈重复校对刀具的问题，根据气门导管及座圈加工特点，某厂使用了一种新型的刀具应用技术。在对气缸的导管孔和气门座圈进行粗加工后，留有合适的余量；采用一把复合刀具将导管孔和气门座圈
5、一次精加工完成，由复合刀具精度来保证导管孔、气门座圈的位置和尺寸精度。复合刀具的结构一般设计成单刃焊接式和单刃机夹式（即枪钱刀）两种形式，这两种形式的刀具都是将加工气门座圈锥面的镶刀和加工导管的钱刀做成一体，枪较系统主要用于直径230mm孔的加工，是最常见的深孔钻削加工方式。某厂用于发动机气缸气门导管及座圈加工的单刃机夹式新型专用复合刀具结构如图2所示，切削参数见表1。图2单刃机夹式新型专用复合刀具结构表1缸盖导管与座圈加工切削参数加工名称座圈加工导管加工刀片型号P1-EN3-00-H15TCGN060204GNP8293M刀具厂家山高敬业主抽转速/(rmn)6701800切削速度/(mmn)
6、84.253.7进给量/(mmr)0.0410.10在采用复合刀具加工导管孔和气门座圈过程中，刀具更换使用方便，直接装夹于机床主轴，由刀具自身导向找正，保证了导管孔和气门座圈位置精度。克服了传统分体式镶刀加工需要反复校对刀具和气门座圈之间位置跳动量的问题。焊接式与机夹式复合刀具两者不同之处在于焊接式复合刀具的刀片是直接焊接成形，结构简单，制造方便，使用灵活，但易产生裂纹及硬度降低等焊接缺陷，同时焊接式刀具在刀片磨损后会连同刀体同时报废，生产成本高。机夹式复合刀具的刀片磨损后可以更换，克服了焊接式刀具在制造过程中所带来的一系列缺陷，因而应用越来越广泛，但刀片更换后需要根据导管孔余量进行人工调整。
7、生产企业可根据零件结构、加工精度及生产的具体情况，结合国内外机械加工工艺的发展趋势，对刀具结构进行合理的设计选择。3.2 刀具导向设计由于气门导管孔的长径比9(60/6.5),加工易产生振动，并引起刀头偏歪，从而影响加工尺寸精度和生产效率，因此需重点解决导管孔加工的导向问题。目前，某厂使用的新型单刃机夹式专用复合刀具，钱刀的设计特点是切削部分与导向部分分离布置,通过3个导向块和1个副切削刃的布置来框定其径向尺寸范围，制成2个直径，即副切削刃(圆柱刃部)在半径方向上高出导向块一个C值(见图3),这样可以避免导向块产生刮削，并能控制一定的挤压量。c值不能太大，否则会导致刀片刚性差，产生振动，同时会
8、降低挤压作用，影响孔的表面粗糙度。由于采用多个导向块结构设计，可以使刀具在导管孔内多点定圆，得到足够的支承作用并自行导向，解决刀杆刚性不足、钱孔走偏等问题，同时导向块必须始终与导管孔壁保持压力接触，才能保证加工过程的稳定性。a）较刀倒锥b）滞后量图3钱刀倒锥及导向滞后量加工高精度孔时，一般取c0.01mm,带3个导向块的单刃钱刀比带2个导向块的单刃较刀的c值小。同时通过将导向块和圆柱刃磨倒锥k,可以有效减小钱刀导向部分与圆柱孔壁的非正常刮削，降低因摩擦力矩产生的非正常磨损及振动。一般取为（0.010.025）/1OOmm,导向块前端相对较刀刀尖轴向滞留量L约为（0.41）mm。3.3 冷却与排
9、屑设计考虑气门导管加工时切削热不易排散、切屑不易排出的情况，气门导管加工过程中对冷却的严格要求，以及加工过程中刀具的状态、刀杆轴向受压和向前推切屑的排屑方式等因素，某厂使用的新型单刃机夹式专用复合刀具设计有特殊的切削液喷射孔结构，通过设备内冷系统，将高压切削液从刀杆的内外部直接喷射入导管内壁的切削区，起到强制冷却润滑作用的同时将切屑从导管孔内强制冲出，以满足加工需要。机床主轴切削液分两路：一路从刀杆的内孔输出通过镇刀部分刀头上的喷射孔射到切削区，采用从刀片的前端冲向刀尖的内冷却方式，便于排屑。这样可以直接将座圈锥面切屑垂直冲出，但同时也有部分切屑粘结在已加工的导管内孔表面上，导致切屑排出不彻底
10、，对刀具切削刃及导向块的寿命产生影响，同时也会降低导管孔表面粗糙度。另一路从钱刀部分均匀分布的侧面孔喷出（见图4）,由于刀具加工过程中高速旋转，因此切削液将以旋转的形式高速、均匀地从整个刀头周围向前喷射而出，快速将切屑冲出，减少切屑停留在导管孔内孔表面的机会，并且可以充分起到对被刀、导向块的强制润滑、冷却和减振作用，并对增加刀具寿命及提升零件表面质量起到积极作用。一般切削液可选用1：10的乳化液，浓度不得过于黏稠，其作用是对切削刃及导向块起冷却、润滑作用，并冲刷带走切屑。机床切削液箱的箱体应设有隔板，保证脏物能够沉淀，另外应装有磁铁过滤器，避免过滤不清造成堵塞的现象。4结束语综上所述，某厂使用的新型单刃机夹式复合刀具的合理结构设计、加工导向设计以及冷却与排屑措施成功用于气门座圈与导管底孔加工，避免了分体式控刀刀具加工存在的问题，满足加工精度要求，该刀具的设计原理和措施可供相关行业参考。
