CN104816124A - 一种内燃机进排气门曲面加工装置及其加工工艺 - Google Patents

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陈文彬
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Abstract

本发明涉及一种防积碳型内燃机进排气门加工装置及加工工艺，包括机床，机床头箱及机床尾座内侧上部分别设有卡盘及顶尖，卡盘与顶尖相对设置，二者的轴线为同一平面，与被测工件相触接；卡盘与顶尖之间设有刀架机构，刀架机构上方通过安装座设有气动式超精密加工机构。本发明操作控制简单、调试方便，效率较高，加工效率仅相当于半精车的加工效率。且本发明使用过程无气雾体、粉尘，噪音等污染环境物质产生，对环境保护起到了极大的作用，适于批量生产，能够满足需要开展此项工作的市场需求。

Description

一种内燃机进排气门曲面加工装置及其加工工艺
技术领域
本发明涉及一种内燃机进排气门曲面加工装置及其加工工艺，具体的说是一种用于船用内燃机进排气门曲面的加工装置及其加工工艺，属于精密加工技术领域。
背景技术
船用内燃机进排气门及气门座的防积碳加工技术，最早从欧洲及日本等一些技术领先的国家起步，早期的加工技术为：磨削、超精研磨、抛光技术，后逐步发展到现今的滚压、超音速喷涂、离子束抛光等技术， 其最终实现的目的是通过超精加工方式，超精密加工技术在发达国家已有近40年的发展历史，其主要目的对内燃机进排气门及气门座的关键部位（颈部、底部、内腔）实施“微米或纳米级加工技术”。而微米或纳米级加工技术是超精密加工技术的顶峰，其主要目的是缓解船用内燃机进排气门及气门座在运行中，由于内燃机工作过程中燃料含硫物质的侵蚀及高温腐蚀下积碳的产生，从而使零件的使用寿命得到大幅度提高。
然而，目前国内船用内燃机零件生产企业的加工水平远远落后于国外，由于涉及超精加工设备巨额投资费用的限制，只有极少数企业能够采用滚压或超音速喷涂加工方式对易产生积碳的关键部位实施降低零件表面粗糙度加工，且仅限于船用内燃机的主机气门。而作为内燃机的辅机气门，仍采取是传统的磨削+抛光加工，最好的企业也不过采用数控磨削，以降低零件颈部、底盘表面的粗糙度，其粗糙度最高指标只能维持在Ra 0.4左右。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，是克服现有技术的缺点，提供一种结构合理、性能稳定，能够有效降低内燃机进排气门关键部位的表面粗糙度，延长其使用及疲劳寿命的防积碳型内燃机进排气门加工装置及加工工艺。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种内燃机进排气门曲面加工装置，包括机床，机床头箱及机床尾座内侧上部分别设有卡盘及机床尾座顶尖，卡盘与顶尖相对设置，二者的轴线为同一平面，与被加工零件相夹持；卡盘与顶尖之间设有刀架机构，刀架机构上方通过安装座设有气动式超精密加工机构，气动式超精密加工机构与被加工零件的被加工面相触接。
本发明进一步限定的技术方案是：前述的一种内燃机进排气门曲面加工装置，气动式超精密加工机构包括气动装置、高频发生装置；高频电源背离气动装置的一端设有高频发生器，高频发生器与被加工零件的侧表边相触接，通过安装在机床刀架上的气动装置及高频发生装置对零件进行加工，且高频发生装置的轴线与被加工零件的轴线为同一平面且相互垂直布置；高频发生装置的下部通过支架与滑动机构相连接，高频发生装置的后方设有气动装置，气动装置通过底部的气动缸支座安装于安装座上。
进一步的，前述的一种内燃机进排气门曲面加工装置，气动装置近高频发生装置的一端设有活塞杆，活塞杆的后侧连接有气缸，气缸的后侧上方设有压力表，下方设有空气压力进气口。
进一步的，前述的一种内燃机进排气门曲面加工装置，滑动机构包括底部的滑动导轨，滑动导轨的上方近气动缸支座一侧设有限位装置，滑动导轨的上方另一侧滑动套接有滑动支座。
进一步的，前述的一种内燃机进排气门曲面加工装置，滑动支座包括套接于滑动导轨上的底板，底板上垂直设有竖板，竖板的上端设有开孔，开孔内穿有气缸活塞杆。
进一步的，前述的一种内燃机进排气门曲面加工装置，机床床体上方设有X轴托板及Z轴托板，X轴托板上方安装有Z轴托板，Z轴托板上安装有刀架机构。
进一步的，前述的一种内燃机进排气门曲面加工装置，机床的一侧设有高频电源控制器，高频电源控制器通过感应器与高频发生装置相连接。
进一步的，前述的内燃机进排气门曲面加工工艺，包括以下步骤：Ⅰ、将被加工零件装夹于所述机床上，将被加工零件的盘部固定卡接于机床头箱内侧的卡盘内；并以零件杆部中心孔为基准，使零件的杆部被机床尾座顶尖顶起；
Ⅱ、将气动式超精密加工机构安装在数控机床自动刀架上，并使气动式超精密加工机构中的高频发生装置的前端与被加工零件的侧边相触接，保证高频发生装置的轴线与被加工零件的轴线为同一平面且相互垂直布置；
Ⅲ、根据被加工零件所需加工的部位，调整高频电源控制器至频率25~30 KHZ，调整气动装置压力至1~3 KG；根据被加工零件规格，调整主轴旋转速度；并根据加工零件加工面的长度，调整X轴的位移量及进给速度；同时调整Z轴的进给位移，使安装于Z轴进给刀架机构上的高频发生装置触碰到零件的被加工面，并沿工件的表面轴向移动；调整高频发生装置的润滑液流量,使高频发生装置得到充分润滑。
进一步的，前述的内燃机进排气门曲面加工工艺，机床为普通机床或数控机床，所述刀架机构为普通机床的手动刀架或数控机床自动刀架。
进一步的，前述的内燃机进排气门曲面加工工艺，步骤Ⅲ中，加工参数调整完成后，开启机床电源开关，使得被加工零件在主轴转速的驱动下旋转，打开冷却润滑液的流量阀，调整冷却润滑液的流量,使冷却润滑液直接喷射在被加工零件的表面；打开高频发生装置的润滑开关及气动装置的开关，使得安装在刀架上的高频发生装置，在气动压力的作用下，对被加工零件进行曲面加工；同时，在X轴方向的导轨的进给驱动下，安装在Z轴方向的刀架机构的高频发生装置，在气动装置导轨的作用下，开始对被加工零件曲面沿X轴方向进行自动进给加工。
本发明的有益效果是：本发明利用安装于普通机床或数控机床上的超高频发生装置并配合气动装置，对进排气门的各个部位的表面实施超精密加工，通过高频超精密加工后，不仅提高了进排气门的外观及表面质量，同时还提高了进排气门的关键部位表面组织的密实度，降低了进排气门的表面粗糙度。
并且，由于提高了进排气门的表面质量，因此使得进排气门在高温运行中的耐高温腐蚀、耐含硫物质侵蚀的能力及密封性能也得到提高，消除零件堆焊应力并预置理想高值压应力，表面晶粒更加细化，延长了使用寿命。同时，由于提高了进排气门的表面硬度及零件的滑动性、耐磨性能，因此使得内燃机整体工况性能也得到了改善，延长了内燃机的使用寿命。
本发明的高频发生装置可以安装在不同的机床设备上使用，安装方式便捷、可靠性高。同时本发明应用广泛，不仅可以对船用内燃机进排气门及气门座零件的超精密加工，还可以对其他各种船用零件、液压元件、轧辊机械零件、化工球阀等零件的外圆表面实施超精密加工。不仅可以对外圆表面实施加工，还可以对内圆表面进行加工、还可以适用于不同曲面的外圆表面加工。
本发明操作控制简单、调试方便，效率较高，加工效率仅相当于半精车的加工效率。且本发明使用过程无气雾体、粉尘，噪音等污染环境物质产生，对环境保护起到了极大的作用，适于批量生产，能够满足需要开展此项工作的市场需求。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明的结构俯视图。
图3为本发明气动式超精密加工机构的结构示意图。
图4为本发明加工完成后工件表面粗糙度实际检测结果。
具体实施方式
本实施例中选用的高频发生装置型号为：HKSM-30，本实施例中所加工零件为船用内燃机进排气门。
本实施例提供的一种内燃机进排气门曲面加工装置，结构如图1至图3所示，包括机床1，该机床为普通机床或数控机床，本实施例中选用的为数控机床；该机床头箱2及机床尾座3的内侧上部分别设有卡盘4及顶尖5，该卡盘与顶尖相对设置，二者的轴线为同一平面，与被加工零件6相触接；同时，在卡盘与顶尖之间还设有刀架机构7，本实施例中配合数控机床选用的刀架机构为自动刀架，该刀架机构的上方通过安装座8设有气动式超精密加工机构。且，在机床床体的上方还设有X轴托板21及Z轴托板20，X轴托板上方安装有Z轴托板，Z轴托板上安装有刀架机构。
该气动式超精密加工机构包括高频发生装置9，该高频发生装置的前端与被加工零件的侧表边相触接，且高频发生装置的轴线与被加工零件的轴线为同一平面且相互垂直布置；在高频发生装置的后方设有气动装置，该气动装置包括位于前端的活塞杆11，活塞杆的后侧连接有气缸12，气缸的后侧上方设有压力表13，下方设有空气压力进气口14，同时该气动装置通过底部的气动缸支座15安装于安装座上。
同时，该高频发生装置的下部通过支架与滑动机构相连接。该滑动机构包括滑动导轨16、滑动支座17及限位装置18。滑动导轨位于底部，安装于安装座的开槽处，滑动导轨的上方近气动缸支座一侧设有限位装置，滑动导轨的上方另一侧滑动套接有滑动支座，该滑动支座包括套接于滑动导轨上的底板，底板上垂直设有竖板，竖板的上端设有开孔，该开孔内穿有气缸活塞杆。
为了操作方便，本实施例中还设置了独立的高频电源控制器19作为外部控制装置与电源发生装置相连接，实现进排气门曲面加工的自动化控制。根据零件所需加工的部位，调整高频电源控制器至适当频率，以控制高频发生装置的运行。
本发明使用时：按照常规零件加工工艺，在加工工序到达精加工后，使用本发明进行高频超精密防积碳加工。
首先将被加工零件装夹于数控机床上，将工件的盘部固定卡接于机床头箱内侧的气动卡盘内，锁紧卡盘；并以工件杆部中心孔为基准，使工件的杆部被机床尾座顶尖顶起。
其次，将气动式超精密加工机构安装在数控机床自动刀架上，并使气动式超精密加工机构中的高频发生装置的前端与被加工零件的侧边相触接，保证高频发生装置的轴线与被加工零件的轴线为同一平面且相互垂直布置。
完成工件的安装后，根据零件所需加工的部位，将高频电源调整至频率为25-30 KHZ，调整气动装置压力至2 KG。根据被加工零件的规格，首先调整主轴旋转速度,并根据加工零件加工面的长度，调整X轴的位移量及进给速度。同时，调整Z轴的进给位移，使安装于Z轴进给刀架机构上的高频发生装置可以轻轻触碰到零件的被加工面，并沿工件的表面轴向移动。调整高频发生装置的润滑液流量,使高频发生装置得到充分润滑。
加工参数调整完成后，开启机床电源开关，工件在主轴转速的驱动下旋转，打开冷却润滑液的流量阀，适当调整冷却润滑液的流量,使冷却润滑液直接喷射在被加工的表面上。打开高频发生装置的润滑开关，打开气动装置的开关，安装在刀架上的高频发生装置，在气动压力的作用下，开始对被加工零件进行曲面加工。同时，在X轴导轨的进给驱动下，安装在Z轴进给刀架的高频发生装置，在气动装置导轨的作用下，开始对被加工零件曲面沿X轴方向进行自动进给加工。
利用本发明完成高频超精密防积碳加工后，该工件的表面硬度提升率≥20%，工件表面硬度层深控制为：0.2～0.3 mm，且工件表面粗糙度均提升至Ra0.1，如图4所示，被加工零件从盘底到颈身的表面粗糙度以此为：Ra0.074、Ra0.057、Ra0.012、Ra0.092，均小于Ra0.1。该种结果带来如下效果：1、工件疲劳寿命：提高2倍以上；2、工件耐磨性：提高40 % 以上；3、工件耐腐蚀性：提高50 % 以上（抗积炭能力）；4、有效去除焊接应力；5、金属表面晶粒细化：提高1级以上。
    除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种内燃机进排气门曲面加工装置，包括机床，所述机床头箱及机床尾座内侧上部分别设有卡盘及机床尾座顶尖，所述卡盘与顶尖相对设置，二者的轴线为同一平面，与被加工零件相夹持；其特征在于：所述卡盘与顶尖之间设有刀架机构，所述刀架机构上方通过安装座设有气动式超精密加工机构，所述气动式超精密加工机构与被加工零件的被加工面相触接。
2.根据权利要求1所述的内燃机进排气门曲面加工装置，其特征在于：所述气动式超精密加工机构包括气动装置、高频发生装置；所述高频电源背离气动装置的一端设有高频发生器，所述高频发生器与被加工零件的侧表边相触接，且高频发生装置的轴线与被加工零件的轴线为同一平面且相互垂直布置；所述高频发生装置的下部通过支架与滑动机构相连接，所述高频发生装置的后方设有气动装置，所述气动装置通过底部的气动缸支座安装于安装座上。
3.根据权利要求2所述的内燃机进排气门曲面加工装置，其特征在于：所述气动装置近高频发生装置的一端设有活塞杆，所述活塞杆的后侧连接有气缸，所述气缸的后侧上方设有压力表，下方设有空气压力进气口。
4.根据权利要求2所述的内燃机进排气门曲面加工装置，其特征在于：所述滑动机构包括底部的滑动导轨，所述滑动导轨的上方近气动缸支座一侧设有限位装置，所述滑动导轨的上方另一侧滑动套接有滑动支座。
5.根据权利要求3或4所述的内燃机进排气门曲面加工装置，其特征在于：所述滑动支座包括套接于滑动导轨上的底板，所述底板上垂直设有竖板，所述竖板的上端设有开孔，所述开孔内穿有气缸活塞杆。
6.根据权利要求1所述的内燃机进排气门曲面加工装置，其特征在于：所述机床床体上方设有X轴托板及Z轴托板，所述X轴托板上方安装有Z轴托板，所述Z轴托板上安装有刀架机构。
7.根据权利要求1所述的内燃机进排气门曲面加工装置，其特征在于：所述机床的一侧设有高频电源控制器，所述高频电源控制器通过感应器与高频发生装置相连接。
8.根据权利要求1所述的内燃机进排气门曲面加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
Ⅰ、将被加工零件装夹于所述机床上，将工件的盘部固定卡接于机床头箱内侧的卡盘内；并以工件杆部中心孔为基准，使工件的杆部被机床尾座顶尖顶起；
Ⅱ、将气动式超精密加工机构安装在数控机床自动刀架上，并使气动式超精密加工机构中的高频发生装置的前端与被加工零件的侧边相触接，保证高频发生装置的轴线与被加工零件的轴线为同一平面且相互垂直布置；
Ⅲ、根据被加工零件所需加工的部位，调整高频电源控制器至频率25~30 KHZ，调整气动装置压力至1~3 KG；根据被加工零件规格，调整主轴旋转速度；并根据加工零件加工面的长度，调整X轴的位移量及进给速度；同时调整Z轴的进给位移，使安装于Z轴进给刀架机构上的高频发生装置触碰到零件的被加工面，并沿工件的表面轴向移动；调整高频发生装置的润滑液流量,使高频发生装置得到充分润滑。
9.根据权利要求8所述的内燃机进排气门曲面加工工艺，其特征在于：所述机床为普通机床或数控机床，所述刀架机构为普通机床的手动刀架或数控机床自动刀架。
10.根据权利要求8所述的内燃机进排气门曲面加工工艺，其特征在于：所述步骤Ⅲ中，加工参数调整完成后，开启机床电源开关，使得被加工零件在主轴转速的驱动下旋转，打开冷却润滑液的流量阀，调整冷却润滑液的流量,使冷却润滑液直接喷射在被加工零件的表面；打开高频发生装置的润滑开关及气动装置的开关，使得安装在刀架上的高频发生装置，在气动压力的作用下，对被加工零件进行曲面加工；同时，在X轴方向的导轨的进给驱动下，安装在Z轴方向的刀架机构的高频发生装置，在气动装置导轨的作用下，开始对被加工零件曲面沿X轴方向进行自动进给加工。
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