再谈“轴向飞边、盘杆校整”.pdf

2 8 内燃机与配件2 0 1 5 年第3 期 再谈 轴向飞边 盘杆校整 胡学根 原上海气门厂 U刖吾 笔者在本刊2 0 0 7 年第6 期上发表过 锻造工 艺对气门整体校整加工的影响 的文章 专题谈 了 轴向飞边 盘杆校整 的课题 国内行家对 此认识不一 这很正常 经过这几年实践验证 笔 者有勇气讲这个锻造的轴向飞边 u pn a s h 优越 于锻造的径向飞边 C m s sn a s h 尤其是现在各气 门制造公司都在逐步淘汰精度较差的摩擦压力机 采用精度较高的压力机 这对实施 轴向飞边 创造了有利条件 要想实现气门毛坯制造自动化 获得精度较高气门毛坯 笔者再次提出气门毛坯 轴向飞边 和自动加热盘杆校整的工艺 供业内 行家在毛坯技术改造时参考 1 毛坯的问题 当前气门毛坯存在着如下几个问题 急待 解决 1 气门成品非加工表面精度差 如汽车进气 门盘端面不再机加工 尤其是盘端面凹坑 需要锻 打后的强化表面 此外 进气门颈部不加工的气门 也很多 气门设计者用锻打表面强化层来提高气门 表面强度 主机厂对这点要求是很严格的 目前除 湖南天雁外 国内众多气门制造公司 也包括合资 公司锻造都采用径向飞边 成品气门盘端面凹坑 偏 颈部偏 已都是普遍性的问题 笔者在2 叭4 年1 2 月9 日一1 1 日化了3 个下午时间参观了上海 国际汽车配件展览会 仔细寻找国内参展的气门制 造公司 着重看了气门展品中非加工表面精度 偏 差都很明显 展览会上还出现一种现象 一家国内 参展公司 为了把已锻压成形的凹坑 减少偏差 提高点精度 上车床加工了一下 然后再作抛丸处 理 企图掩盖车削过程 但仔细一看 车刀痕迹还 隐约可见 这瞒不过主机厂质量检验行家 主机厂 需要由锻压产生的强化表面 生产图纸上已有清楚 表明 这对配件厂有严格要求的 他们这样做反而 把气门变成了废品 气门在高负荷下工作 需要消 除一切危险的应力存在 凹坑大的进气门盘部薄 更需要带有强化的表面 采用锻压后原始的表面是 最方便的措施 一则是锻压表面层已强化 另一则 是不允许车加工的刀痕 导致应力源存在 当然 盘端面凹坑对盘外圆偏差 0 5 m m 国家标准还是 允许的 只是当盘端面凹坑对盘外圆偏差 0 3 m m 肉眼就能明显看出偏了 造成外观不漂亮而已 在 激烈竞争的市场上就要吃亏了 采用径向飞边锻 打 想纠正这种偏差是有一定难度的的 2 盘部校整劳动强度大 经粗陋设备完成 杆部校直或盘杆校整之后 交给人工捡测和精校 整 这是气门生产中最苦最累的工作 也是人员流 动最多的部门 描述一下现状 一个人坐一个小矮 凳上 面前一个大铁凳 上面放着一个锻打废模 一套捡具 一把铁锤 工人需要不停地把毛坯气门 放到捡具上转动看杆的直线度和盘锥面对杆的跳 动 发现超差需要把毛坯气门放人到锻打废模内 然后用铁锤锤打 放人捡具再看 发现仍超差 继 续再锤打 需要反复多次才合格 对于熟手好一 点 能一锤解决问题 可遇到新手一只毛坯气门需 要锤打好几次 不慎还会锤到手上 一天干下来 拿锤的那只手都疲劳得不听使唤 每个单位需要较 多这样的校整工人 由于锤打后的气门没有消除锤 打应力就送人机加工线 这对锤打的盘端面留下了 可怕的应力源 主机厂是十分忌讳的 这种用人工 校整盘部对杆跳动的方法 国内除了湖南天雁外几 乎都在用 近4 年来湖南天雁在加热盘杆校整方面 已取得了一定成效 大批量生产线上已取消人工校 整方法 这是继热处理由网带炉取代盐浴炉后 在 毛坯生产上又一次大的举措 值得借鉴 3 提供给机加工的毛坯余量大 现有锻压 胡学根 再谈 轴向飞边 盘杆校整 2 9 气门毛坯质量较差 看同一只气门毛坯锥面对杆跳 动及盘端面近外圆边缘对杆的跳动是不一样的 笔 者曾做过这样的测试 锥面对杆的跳动已校整为 0 0 7 m m 可是测量盘端面对杆的跳动达到是 O 3 5 m m 因为采用了径向飞边 现场不易觉察到 操作工也不会去调整 这个有锻压造成的问题留给 了下面去解决了 无奈只好增加余量 这样盘端面 余量至少就要0 4 0 m m 采用搓丝机和滚丝机当校 整设备 会给气门毛坯杆部表面带来损伤 这是校 直杆的工装 挫丝机用的是挫板 滚丝机用的是 刀板 与杆产生摩擦运动时产生伤痕 压紧力越 大 杆的表面压伤痕迹就越深 杆部必须放足余量 确保损伤部位在粗磨时杆时磨削完 用手工校整气 门毛坯盘部对杆的跳动 人为不确定的因素太多 改进后的滚丝机 以下称为 二辊机 或新研制 的三辊校直机 以下称为 三辊机 都用4 5 度 锥轮当主动轮去推气门锥面 当接触较大径向飞边 的气门盘部时 首先就碰上了不规则的径向飞边 就无法让气门盘部对杆的跳动校整好 有人企图加 大校整力和气门向内的窜动力 促使径向飞边得到 变形 校整锥轮接触了气门盘锥面 在窜动力作用 下 使毛坯气门盘部得到校整 但事实上 径向飞 边较硬 不容易变形 这种企图是不能把毛坯气门 校整好的 此时在两辊上安装的是整体螺旋轧轮 由于轧轮给气门杆的轧力和窜动力较大 反而给杆 留下较深的压痕 要想操作合理 必须先把径向飞 边车削了 但车削径向飞边不是一件容易的事 热 处理下来的毛坯杆是弯的 给径向飞边气门自动上 料加上难度 如果要增加一道车削径向飞边的工 序 对节约制造成本是不利的 这些盘杆校整都是 在冷状态下进行的 当内应力释放时又会增大盘对 杆的偏差和杆部的不直度 考虑了上述因素 只能 放足了加工余量以满足机加工的需要 2 飞边与锻压 气门毛坯一般都需要有飞边 采用电镦工艺 这是因为在毛坯生产过程中会遇到以下几个问题 首先 4 台电镦机下来的锻坯 其红热的部份体积 和形状略有不同 它们供给同一台压力机上的同一 个模具 体积较小的红热的部份很有可能使气门外 圆打不足 若确保飞边存在为检验标准 气门毛坯 就不会报废 其次 新旧模具的型腔容积在变化 刚换上去的新模具和失效换下来的模具作一下比 较 因后者型腔已磨损 需求的金属量要多一点 不用飞边去控制它 很有可能报废 飞边大小随时 间加长 会变小的 需要注意调整红热部份的体 积 什么是气门毛坯的飞边 可以这样定义 气门 红热材料充满模具型腔后的多余废料叫做气门毛坯 的飞边 气门毛坯飞边有两种形式出现 一种飞边 方向与气门直径方向一致 此时 气门毛坯盘端面 是平整的 直径方向是不规则的 这种飞边称为径 向飞边 C m s sn a s h 横向的飞边 国内气门制造 公司几乎都采用径向飞边 另一种飞边方向与气门 轴线方向一致 此时 气门毛坯盘外圆是光滑的 轴线方向是不规则的 这种飞边称为轴向飞边 U pn a s h 向上的飞边 由于轴向飞边是外圆延 伸的多余料 它对杆的跳动量与外圆对杆的跳动量 一致的 又由于下模型腔在加工时外圆与锥面 颈 部的工作面是同时加工的 所以四项 轴向飞边 外圆 锥面 颈部 对杆的跳动是一致的 在对 待热处理后的变形毛坯气门 只要加热校整其中一 项 另外几项也必校整好了 笔者在1 9 9 8 年赴T R w 欧亚总部 德国 b u l u b e g b a s h e h a s h e 两家制造公司实习时就注 意到T R W 公司采用轴向飞边 两种飞边对气门毛 坯生产有不同的影响 比较如下 径向飞边轴向飞边 1 对提高进排气门盘端面凹坑精劣优 度的作用 n Oo k 2 对排气门颈部锥体延伸 拔劣优 颈 的作用 n Oo k 以下看照片后 分析上面提到的内容 见照片一 1 这是笔者在上海伊顿 E A T O N 公司工作时 采用轴向飞边锻打的毛坯 杆 长的气门毛坯是上海伊顿供给美国福特公司马氏体 钢的进气门 杆短的气门毛坯是上海伊顿供给上海 通用公司奥氏体钢的排气门盘杆部分 它需要作全 固溶处理后再与调质后的马氏体钢棒料摩檫焊接 这些毛坯气门的特点是盘端面有特别大的凹坑 使 用径向飞边 到成品后凹坑偏的气门特别多 每个 月主机返回给上海伊顿公司质量问题材料中都有这 条内容 自从采纳轴向飞边后 这条质量问题材料 再也没有出现过 轴向飞边能确保盘端面凹坑精 度 其技术基础是采用了三次导向 第一次导向得 到保证是用导柱导套结构合理配合的公差 第二次 导向得到保证是用上模主体外圆与下模模套内圆合 理配合的公差 第三次导向得到保证是用上模与下 模接触产生轴向飞边时的合理配合的公差 其中第 3 0 内燃机与配件2 0 1 5 年第3 期 三次最重要 轴向飞边匀称 达到厚薄高度相差无 几 那么该气门毛坯就合格 三个位置的面 盘 端面 外圆 锥面 对杆的跳动一定在允许公差 范围内 照片一 l 照片一 2 见照片一 2 这是锻打轴向飞边的模具和 模架 用三次导向确保轴向飞边精度 为了达到上 下模具一次更换基本寿命 3 0 0 0 件气门的锻打 必须满足如下要求 1 淘汰摩擦压力机 采用 上压头下落能精确控制位置的压力机 如单点闭式 压力机 螺旋电动压力机等 使工作时上下模具接 触的仅仅是红热的气门可塑材料 防止上下模具直 接接触 采用廉价的摩擦压力机 厌调整麻烦都不 喜欢安装承载圈 上下模具碰击是普遍现象 若模 具热处理硬度高 则容易打成开裂 若模具热处理 硬度低 则容易缩径变形 2 安装石墨乳白动 喷射装置 每打一次气门润滑一次下模 3 上 下模具制造工艺改进 上模采用组合式 由模芯和 模套两部分组成 模芯材料用 M 2 W 6 M 0 5 C 1 4 V 2 硬度H R C 5 9 2 0 制成圆柱体 外径取大于气门外圆尺寸 长度取3 0 4 0 m m 制 成 模套材料用H 1 3 硬度H R C 4 8 2 0 盲孔深度 与模芯相配 模芯外径比模套内孔大O 0 5 0 0 8 m m 模芯外径和模套内孔粗超度均为R a 0 8 下面是红套制作过程 把上模套放入箱式炉内加入 到4 0 0 保温1 小时后取出 放在平整铁板上 此时迅速把冷模芯放人模套孔内 随常温冷却 然 后根据初次成型再精密加工上模凸缘表面 这样制 造的上模一次使用寿命 5 0 0 0 件气门或更多 这 主要是M 2 材料红硬性极佳 更换下来 修复也很 容易 下模材料采用H 1 3 硬度H R C 5 2 2 笔者 已做过试验 M 2 材料不适合用于下模 湖南衡阳 天雁用H 1 3 一次下模使用寿命已 3 0 0 0 件气门 见照片一 3 照片一 4 照片一 5 这是下模及主要固定件照片 照片一 3 是轴向 飞边下模照片 照片一 4 是弹性下模套照片 照片一 5 是易卸下模压板照片 照片一 这套模具模架结构设计是笔者结合A L S T O N 英国爱尔斯顿公司 T R w 美国天合公司 E A T O N 美国伊顿公司 特色而定的 结构合理 装卸方便 见照片二 1 这是湖南天雁机械责任有限 公司生产的毛坯气门照片 该公司自2 0 1 0 年开始 锻打轴向飞边至今 已有4 年多时间了 工艺成 熟 操作熟练 照片中是他们给潍坊柴油机公司配 套供货的奥氏体材料排气门毛坯 读者能清楚看 到 a 轴向飞边匀称 b 拔颈后锥体尺寸到位 能获得这样好的毛坯 就工艺和工装因素作一个分 析 对于锻压设备 需要达到 1 能够使上下 运动的压头底面与滑动导轨垂直 滑动导轨又与工 作台面垂直 最终做到压头底面与工作台面平行度 控制在必要精度范围内 2 压头上下滑动平稳 这些才是压力机正常工作条件 此外在不影响毛坯 出模状况下 力求达到杆与模具孔的间隙在 0 0 5 m m 一0 0 8 m m 内 满足了上述几个要求 想 锻打出匀称的轴向飞边是容易的 锻打轴向飞边采用了半闭式模具结构 在模具 结构设计上使飞边微量产生 但不限制颈部锥体形 成 当上模快速下落时 及时产生向下的挤压力 从而获得锥体充满和轴向飞边不大的气门毛坯 见 照片二 2 这是刚锻造的颈部带锥体的排气门 毛坯照片 见照片二 3 这是与上同类气门 经过热处理 加热盘杆校整之后状态照片 均采用 轴向飞边 这种飞边不影响加热后的盘杆一起校 整 飞边也在车外圆时被车削完 而径向飞边采用 胡学根 再谈 轴向飞边 盘杆校整 3 1 半开式模具结构 当上模快速下落时 向下的挤压 力被分散了 飞边和锥体可以不受限制同时变形 本该给锥体的部分材料给飞边占用了 所以时常会 出现已有径向飞边了 但锥体还打不足现象 继续 加大电镦红热头部体积 在以下的几次试打中 看 到径向飞边进一步加大 使锥体逐步充满型腔 只 有在下模温度升高 达到新的热平衡点后 较大的 径向飞边产生和锥体形成才能稳定下来 方可正常 生产 所以带有锥体的的气门毛坯其径向飞边一定 很大 见照片二 4 这是刚锻造的颈部带锥体 的排气门毛坯照片 从照片中看到很大的径向飞 边 它不仅浪费可贵的排气门奥氏体不锈钢耐热材 料 也不利于商接校整 照片二 1 以下三张图是排气门颈部打锥体 拔颈 时 的飞边的情况 照片二 2 照片二 3 是轴向 飞边 照片二 4 是径向飞边 可以清楚看到照 片二 4 中径向飞边很大 照片二 4 3 加热与校整 见照片三 1 这是湖南天雁机械责任有限 公司全自动加热校整轴向飞边气门的成套设备 这 是笔者不久前拍的已用了近4 年设备 照片三 2 是设备刚安装全景 马氏体钢经过热处理调 质之后会变形 奥氏体钢经过热处理全固溶之后也 会变形 杆弯 盘歪需要校整 天雁通过这套设备 来完成这项工作 现把该设备基本概况介绍一下 照片三 I 照片三 2 箱式加热炉 见照片 3 照片三1 3 由提升机和箱式加热炉组成 1 提升机 自动提升机位于机组前端 由料道 链条传动 装置 支架 减速器 搁料装置 感应开关等零部 件组成 电气由独立继电器回路控制 把需要加热 校整的气门逐步提升到炉膛内 由于感应开关的作 用 当炉膛内被加热的气门饱和时就停止传送 如 果配置震动排料机与之相连接 就可以一人看多台 这样的设备了 2 箱式加热炉 自动加热箱式炉位于机组中部 由电炉 控制 柜 支承架 盛气桶等组成 电炉内安装着2 根耐 高温的不锈钢空心管制成的丝杆 用来传动气门 丝杆内通压缩空气 用作内壁的冷却 丝杆旋转速 度决定了气门在炉内加热温度 气门越大旋转速度 可选择慢一点 大气门需要足够加热时间 都由变 频器控制旋转电动机来决定 箱式加热炉长2 m 炉膛截面2 0 0 m m 3 0 0 m m 外加保温层和铁板护套 上盖可以通过气缸工作 后打开 开启后并用链条钩勾住炉盖 便于炉内常 温时维修 三根电热丝均布在左 右 底侧 电热丝星形 连接 三相五线制供电 三根相线 一根中线 一根接地线 三根相线分别接电热丝一端 中线 连接三根电热丝并接的O 点 接地线必须牢靠接到 3 2 内燃机与配件2 0 1 5 年第3 期 电炉铁制外壳上 机组采用先加热 后带温校直 这样可以消除 残余内应力 弹性复位几率减少 根据不同材质 选择不同炉温 马氏体钢 3 0 0 奥氏体钢 5 0 0 为防止传动丝杆弯曲变形 需要严格遵守如下 操作规范 开机操作 先打开丝杆电机电源 让丝杆正常 旋转 再开电炉电源 到核定温度后送人气门 关 机操作 先清除完炉内气门 再关电炉电源 待到 炉温冷却到室温时 才可以关断丝杆旋转电源 二辊校直机 见照片三 4 l 片 H 自动校直机位于机组后端 由上料装置 2 只 小轧轮装置 二辊机 液压站 轧轮 打料及 下料道装置等组成 在上料装置安装了感应开关 来控制气门的下料 二辊机 上的气缸均以压缩 空气为动力 气门轧紧动力来自液压站 最大轧紧 力2 0 0 K N 被校整的毛坯必须是带有轴向飞边的气门 其 外圆与锥面是一起锻压出来的 只要把盘外圆对杆 的跳动校好 锥面自然也校好了 毛坯经网带炉保 护气体光亮淬火 能阻止马氏体钢氧化皮的产生 可以防止氧化皮对校直的干扰 气门加热校直机组采用盘杆一起校整 对 二辊机 进行改装 见照片i r 5 照片三 在 二辊机 两辊轴上各自均匀安装5 片平 轧轮 用四片外径较小托轮取代刀板 这些轮都用 于杆的支承和校直 在校整气门杆部时 杆部外圆 受到几个位置上三个轮滚动作用 校整效果比用刀 板支承好 杆部不会产生因刀板表面与杆相对运动 而出现的拉伤痕迹 用轮取代刀板 在校整时气门 杆与轮一起转动 校整力减少 避免噪音产生 并 且容易让杆部的直线度达到要求 也解决了刀板使 用寿命短的问题 由于用了轴向飞边 用2 只被动 旋转小轮挤气门盘外圆来校盘部 因是被加热了的 气门 盘部就容易校过来了 并且稳定性好 对热处理过来的气门毛坯也有要求 由于片面 追求热处理产量 气门毛坯在高温网带淬火炉内 或中温网带回火炉内层层堆放 使得热处理后的气 门变形量较大 所以进人校整设备 也需要控制一 下此时的毛坯变形量 如果能做到 盘对杆跳动 0 8 毫米 杆的直线度 0 3 0 毫米 热校的效果可 达1 0 0 但往往不尽人意 超差的毛坯也会进人 此设备内 那么校整会超差 可以再加热校一次 但次数不能超过2 次 4 现实的探讨 照片六 通过上面内容的介绍 可以证明用 轴向飞 边 锻造工艺去实施改造 能建立起气门毛坯自 动生产线 这条路应该是行得通的 但这毕竞是四 年之前投人的改造设备 现在沿着这条路走下去 条件更好了 又有新的设备研究制造出来了 可以 采用 首先是电镦机和压力机由机器人操作机组国 产化 见照片四 其次是校直机 三辊机 的开 发使用 见照片五 再次是毛坯检验机开发 见照 胡学根 再谈 轴向飞边 盘杆校整 3 3 片六 对这三台套设备的点评 电镦机 压力机 机器人三者一体化在1 0 多 年前国外就有 四川某气门制造公司在那时化了近 1 0 0 0 万人民币从欧洲捷克购买了这套设备 现在 已国产化了 要装备热加工应该节省多了 淘汰摩 擦压力机和老式电镦机已事在必行 通过新的设备 锻打出优质毛坯来为下一道工序提供方便 三辊机 的开发使用也很及时 它先在上海 伊顿公司使用 该设备由意大利设计生产 随着我 国制造业的发展 国内已有不少单位在使用国产 三辊机 了 该机与 二辊机 比较最大优势是 效率高 但也存在2 点不尽人意 1 校整径向 飞边的毛坯气门必须先把飞边车削完 否则顶锥面 的锥轮和顶端面的锥轮都受干扰 盘部难以校整 好 上海伊顿就用多人和多台自动车床来完成此项 工作 2 盘杆一起校整时盘端面和锥面对杆跳 动是互相牵制的 盘端面与锥面厚薄不均匀 两者 对杆的跳动都不可能校整好 校整后只能取两者的 一半 捡测机用来自动捡测校整后的气门 一个检测 点是气门杆直线度 另一个检测点是气门盘锥面或 盘端面对杆的跳动 能自动区分合格