CN102658454A

CN102658454A - 发动机气门圆弧面的超声波加工方法

Info

Publication number: CN102658454A
Application number: CN201210130440XA
Authority: CN
Inventors: 赵显华
Original assignee: SHANDONG HUAYUN ELECTRO-MECHANIC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANDONG HUAYUN ELECTRO-MECHANIC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2012-09-12

Abstract

本发明提供一种发动机气门圆弧面的超声波加工方法，包括以下步骤：（1）将气门毛坯进行荒磨杆部外圆、粗磨杆部外圆、粗精车盘部外圆、粗车盘端面以及车盘锥面后，装夹在车床上，气门盘部外圆装夹在车床的弹簧夹头上，另一端辅助支撑；（2）对气门圆弧面处车削，车削至表面粗糙度为Ra1.6-Ra6.3，并在尺寸上留0.005～0.01mm的超声波加工余量；（3）对车削后的气门圆弧面进行超声波加工，达到气门圆弧面的设计尺寸。本发明可使气门的圆弧面处的表面粗糙度达到Ra0.4以下，气门的圆弧面更光滑，同时大大提高了圆弧面的疲劳强度，表面显微硬度提高20%～100%，使排气门在使用过程中减少了积碳，进气排气更流畅，提高了气门的使用寿命。

Description

发动机气门圆弧面的超声波加工方法

技术领域

本发明涉及一种用于对发动机气门进行超声波加工的方法，属于气门加工技术领域。

背景技术

气门是发动机配气系统燃烧室的重要组成部分，是控制气体进出燃烧室的重要零件，其工作状况恶劣，常用材料有4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、5Cr21Mn9Ni4N（21-4N）等。气门是一种轴类零件，其一般结构如图1所示，包括杆部1、盘部2、盘锥面3和圆弧面4，杆部1和盘部2之间通过盘锥面3和圆弧面4过渡。气门圆弧面4对气流有很大的影响，气门圆弧面4加工的好坏直接影响气门圆弧面4表面各处的应力分布是否均匀，特别是对排气门来说，经燃烧后的高温、高压废气经过排气门时，就会在排气门颈部圆弧处产生积碳，严重影响气门的使用寿命和整机的可靠性。

目前的气门加工工艺中，在进行气门圆弧面4处的加工之前一般先进行以下加工：荒磨杆部1外圆、粗磨杆部1外圆--粗精车盘部2外圆—粗车盘端面--车盘锥面3，然后以精加工的部位定位装夹，对气门圆弧面4处进行车、磨加工，先进行数控车削，或者液压仿形车削，再通过使用金刚滚轮的圆弧磨、成型磨，或者砂带螺旋磨，达到气门圆弧形状、精度和粗糙度要求，这种车、磨加工工艺虽然能够使气门圆弧面4处达到设计要求，但不能进一步降低其表面粗糙度Ra值，使气门的气门圆弧面4在工作过程中容易造成积碳，降低气门的使用寿命，同时影响发动机的功率和使用寿命，由于以上工艺方法消耗金刚滚轮、砂轮、砂带，导致气门圆弧加工的工序成本较高。

发明内容

本发明针对现有气门的圆弧面处的加工工艺存在的不能充分降低粗糙度Ra值，而且工序制造成本较高的不足，提供一种过程简单、能够进一步降低表面粗糙度Ra值的发动机气门圆弧面的超声波加工方法。

本发明的发动机气门圆弧面的超声波加工方法，包括以下步骤：

（1）将气门毛坯进行荒磨杆部外圆、粗磨杆部外圆、粗精车盘部外圆、粗车盘端面以及车盘锥面后，装夹在车床上，气门盘部外圆装夹在车床的弹簧夹头上，另一端辅助支撑；

（2）对气门圆弧面处车削，车削至表面粗糙度为Ra1.6-Ra6.3，并与设计尺寸相比留0.005mm～0.01mm的超声波加工余量；

（3）对车削后的气门圆弧面进行超声波加工，采用适用于车床的超声波加工装置，超声波加工装置上采用球型刀头，将超声波加工装置安装在车床的工作台或刀架上，按以下参数进行超声波加工，达到气门圆弧面的设计尺寸： ①工件转速不大于1000转/分钟； ②超声波刀头的纵向进给速度为0.03～6.33mm/转,最佳取值为0.15 mm/转；

③超声波刀头对工件施加的压力为10～1000公斤，最佳取值为150公斤。

本发明采用超声波加工气门的圆弧面，可使气门的圆弧面处的表面粗糙度达到Ra0.4以下，与磨削相比，气门的圆弧面更光滑，同时大大提高了圆弧面的疲劳强度，表面显微硬度提高20%～100%，不但使排气门在使用过程中减少了积碳，进气排气更流畅，而且提高了气门的使用寿命，降低了气门制造成本。

附图说明

图1是气门的结构示意图。

图中：1、杆部，2、盘部，3、盘锥面，4、圆弧面。

具体实施方式

本发明的发动机气门圆弧面的超声波加工方法，包括以下步骤：（1）先按现有的工艺对气门毛坯进行荒磨杆部外圆、粗磨杆部外圆、粗精车盘部外圆、粗车盘端面以及车盘锥面的加工，然后装夹在车床上。将气门盘部外圆装夹在车床的弹簧夹头上，并通过尾座反顶尖对气门另一端作辅助支撑。

（2）对气门圆弧面4处车削，车削后至表面粗糙度为Ra1.6-Ra6.3，并在尺寸上留0.005～0.01mm的超声波加工余量；

（3）对车削后的气门圆弧面4进行超声波加工，采用带有球型刀头的超声波加工装置。

超声波加工装置可以采用中国专利CN202072730U公开的《一种快进式超声波金属表面加工装置》，该装置包括底座、快进机构、安装座和超声波加工工具，底座上设置有导轨并安装有快进机构，超声波加工工具安装在安装座上，安装座安装在底座上的导轨上，快进机构与安装座连接，该装置可使超声波加工工具在快进机构的带动下快速移近工件进行超声波加工，以提高加工效率。超声波加工装置也可以采用CN202097560U公开的《数控设备用超声波加工装置》。

超声波加工装置上的球型刀头可采用中国专利CN200946158公开的《滚珠式刀头》，其刀头是可以转动的，这就可以增加超声波金属表面加工时的线速度和进给速度，从而大大提高表面加工的效率，同时刀具再使用时不需要修磨，与成型磨削或砂带磨削相比，大大降低了耗材等的成本。球型刀头也可以采用 CN201862964U公开的《一种超声波圆珠式加工刀头》，该刀头包括刀具座和刀头，刀头呈球形，刀具座前部设有用于安装刀头的锥孔，刀头安装在刀具座前部的锥孔中；该刀头定位精度高，加工效果好，同时能够对不易加工的异型部位进行超声波加工。

将超声波加工装置安装在车床的工作台或刀架上（根据超声波加工装置的具体结构决定，如CN202072730U公开的《一种快进式超声波金属表面加工装置》可以安装在车床工作台上），按气门圆弧面4的设计尺寸编制加工程序，并按以下参数进行超声波加工： ①工件转速不大于1000转/分钟；

②超声波刀头的纵向进给速度为0.03～6.33mm/转；

③超声波刀头对工件施加的压力为10～1000公斤。

具体的参数需要根据气门所用材料、尺寸大小确定，最佳的纵向进给速度取值为0.15 mm/转，超声波刀头对工件施加的压力最佳为150公斤。

按上述工艺加工后的气门圆弧面表面粗糙度达到Ra0.4以下，与磨削相比，气门的圆弧面更光滑，大大提高了圆弧面的疲劳强度，表面显微硬度提高20%～100%，使气门在使用过程中减少了积碳，进气排气更流畅，提高了气门的使用寿命。不再消耗金刚滚轮和砂轮、砂带，使气门圆弧加工成本大幅下降。

Claims

1.一种发动机气门圆弧面的超声波加工方法，其特征是：包括以下步骤：

（3）对车削后的气门圆弧面进行超声波加工，采用适用于车床的超声波加工装置，超声波加工装置上采用球型刀头，将超声波加工装置安装在车床的工作台或刀架上，按以下参数进行超声波加工，达到气门圆弧面的设计尺寸： ①工件转速不大于1000转/分钟； ②超声波刀头的纵向进给速度为0.03～6.33mm/转；

③超声波刀头对工件施加的压力为10～1000公斤。

2.根据权利要求1所述的发动机气门圆弧面的超声波加工方法，其特征是：所述超声波刀头的纵向进给速度为0.15 mm/转。

3.根据权利要求1所述的发动机气门圆弧面的超声波加工方法，其特征是：所述超声波刀头对工件施加的压力为150公斤。