柴油机气门座孔磨削工艺改进.pdf

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1、12内燃机与配件2013年第4期柴油机气门座孔磨削工艺改进TechnologyImprovementofDieselEngineValveSeatHoleGrinding强智臻，郭昌明1柳岩z熊毕伟1(1中国北方发动机研究所2山西柴油机有限责任公司)(摘要]柴油机在气门座孔表面硬化处理后，在台架试验中频繁出现气门座孔处产生疲劳裂纹的故障。对整个加工和试验过程进行逆向追溯分析，最终确定气门座孔裂纹产生于磨削阶段。本文主要介绍了磨削工艺的改进及其效果。[关键词]气缸盖气门座孔磨削工艺Keywords：Cylinder-headValveseatholeGrindingte

2、chnology1刖置新一代柴油机设计开发过程中，由于气门座圈结构无法实现。故采用无气门座圈结构。参照传统的气门座圈硬度和机加工艺制订了气门座孔锥面的硬度和磨削加工工艺。气缸盖完成试制和装配后．在台架试验过程中，出现气门座孔处多次产生裂纹的故障。2故障分析经有限元分析，气缸盖气门座孔处温度及机械负荷符合设计要求，在试验中不会出现疲劳。利用实物气缸盖进行热处理工艺验证，表面热处理后进行渗透探伤，无裂纹(见图1)。证明热处理工艺满足要求。完成上述验证后，利用实物气缸盖进行磨削工艺验证，磨削加工完成后进行渗透探伤，发现气门座孔锥面存在辐射状裂纹(见图2)。这就证明气门座孔处

3、疲劳失效是由于在磨削过程中产生裂纹源后．工作过程中承受交变载荷，裂纹扩展导致失效。针对故障原因。目前需要改进磨削工艺，使气缸盖在磨削后无裂纹产生。一圈2詹削后探伤形玻3原磨削工艺分析原气门座圈硬度为45—50HRC，加工设备为哈挺立式加工中心。加工刀具为加铰刀引导的砂轮定制组合刀具(见图3)，冷却液为微乳冷却液，刀速为3600rpm，每次加工0．1mm，逐步完成要求设计深度的加工。经分析，利用该设备及工艺加工气门座圈无裂纹产生而加工气门座孔表面出现裂纹的问题。主要受以下因素影响：一、气门座孔表面处理后硬度与气门座圈相同，但其化学成分和金相组织与气门座圈存在差异，引起局

4、部导热率不同；二、采用如图3(阴影区为工件，上方为砂轮)所示刀具加工气门座孔时，冷却液冷却效率较低，导致磨削过程中局部积热严重。以上两点说明了出现裂纹的主要原因．要解决问题就应该从问题出发确定解决措施。由于表面处理工艺已确定，所以气门座孔局部导热率是可观存在不能更改的因素。因此，制订改进措施应重点考虑刀具和冷却液。强{、￥臻郭⋯jjj柳岩熊毕伟：柴油机7“JI'妊4LJ脊削I：岂改进占圈蕊≤二j二二刁豳1113原量削m艺圈4改进磨削工艺及效果考虑消除气门座孔磨损裂纹，可以采取以下措施：原砂轮与工件在工作过程中全接触，所以锥面不能得到及时冷却，工艺改进中，将砂轮变小(见

5、图4，阴影区为工件，上方为砂轮)，采用巡边加工的工艺方法，保证冷却液可以及时冷取工作面：换用高效冷却液(嘉士多冷却液)。图4改进后的磨削工艺围'E茹jqWt5改进工艺后椿伤彤貌采用改进后的气门座孑L磨削工艺后，经渗透探伤无表面裂纹(见图5)及三坐标检测尺寸满足设计要求。5结论通过此次磨削工艺改进，解决了气门座孔生产过程中产生裂纹源的问题。保证了气缸盖使用可靠性，是新一代柴油机开发得以顺利进行。参考文献[1】卢震鸣D1141／ti轴圆角淬硬磨削工艺柴油机设计与制造2002(4)[2】任志俊渗碳零件第2类磨削裂纹形成机理及控制冷热工艺2005(6)【3]邓益中排气门小头端

6、面磨削裂纹分析内燃机配件2002(3)[4】颜骏柴油机凸轮轴质量问题及控制措施柴油机设计与制造2004(4)【5]燕祥祥V型钢导轨表面裂纹分析理化检验一物理分册2005(11)(上接第11页)3弹性涨套和单锥涨套的比较弹性涨套通过腔壁的弹性变形产生径向涨大，涨大量为0．1—0．12毫米；单锥涨套通过自身锥面沿着芯轴锥面的位移产生径向涨大，径向涨大量是轴一讼芦f产f}缓缓彩嬲戮渊掣．卜⋯一——一～⋯一一一一一珍笏缓蒸聪徽黔冒二]围2向位移的十分之一，径向涨量能达到0．4—0．5毫米。为了保证腔壁厚度的均匀及涨套的径向跳动，弹性涨套安装到芯轴上后要留余量自车：单锥涨套在安

7、装之前已磨到尺寸，无需自车。弹性涨套径向跳动可以达到0．01—0．02毫米；单锥涨套径向跳动只能达No．05—0．06毫米。弹性涨套可保证工序尺寸精度为6—7级，单锥涨套只能保证工序尺寸精度为8—9级。弹性涨套为过盈配合，装卸比较麻烦．每次更换需要花费半小时以上；单锥涨套更换仅需两分钟。综上所述，使用弹性涨套能满足工序尺寸精度和形位精度比单锥涨套高．但弹性涨套的涨大量比单锥涨套小，而且弹性涨套更换要比单锥涨套花费更多时间，因此弹性涨套适合用于以精镗后的内圆定位、对工序尺寸及形位精度要求较高的精车(台肩、外圆)、切槽等后道工序；单锥涨套适合用于以精镗前