发动机零部件密封环槽部位去毛刺工艺

01

前言

密封槽是发动机零件广泛使用的密封结构，对保证发动机零件水腔、油路等部位的密封起着重要作用。典型的密封环槽结构(见图1)包括气缸盖喷油器衬套底孔的环槽等。

在生产过程中发现，环槽加工过程中产生的毛刺(见图2)较多，在装配过程中会划伤密封圈等零件，导致缸盖腔密封失效漏水。

通过在环槽上加倒角，在一定程度上达到去毛刺的效果。但是，由于开槽工具的制造精度和磨损，增加倒角并不能完全去除环槽处的毛刺。为此，一些专家和工程师对发动机零件去毛刺的方法和技术进行了研究和探索[1-3]。

以气缸盖喷油器衬套底孔环形槽为例，研究了环形槽的去毛刺工艺，比较了不同去毛刺工艺的效果和稳定性，确定了适合大批量生产线的去毛刺工艺，彻底消除了毛刺带来的质量隐患，降低了工艺废品率，提高了产品质量。

02

去毛刺工艺设计

根据环槽毛刺特征和生产线现状，综合考虑工艺方法的成本和效率，分析确定了以下三种去毛刺工艺方法进行试验。

2.1普通铰刀与浮动柄结合的过程

浮动去毛刺铰刀的结构如图3所示，主要由浮动手柄、连杆和铰刀组成。具体使用方法是将扩孔器安装在浮动手柄中。加工时，刀具有一定的浮动空间。在浮动过程中，刃口切断毛刺。

2.2金刚砂研磨棒与浮动手柄结合技术

如图4所示，金刚砂磨条的毛刺刀具结构主要由浮动手柄、连杆和金刚砂磨条组成。其中金刚砂磨条是常用的手工去毛刺工具，但其工作量大、生产效率低、去毛刺效果一致性差，难以满足大批量生产的需要。改造后的金刚砂磨杆与浮动手柄配合，实现了设备的自动去毛刺。

2.3弹簧片去毛刺工艺

如图5所示，压刃去毛刺工具的结构主要由硬质合金刀片、销轴、弹簧片、紧固带、螺钉、刀杆和刀体组成。刀片可以绕轴旋转，弹簧产生的弹力保证切削过程中刀刃压住环槽边缘(工件的毛刺部分)，定点去除毛刺。带有弹簧按压和可旋转刀片的物理工具如图6所示。

03

去毛刺工艺的实验验证

以带有喷油器衬套底孔φ30H7和缺口φ35.4H9的柴油机气缸盖为试切工件，验证了不同的去毛刺工艺方案。试验前对试切工件的密封圈凹槽毛刺进行了观察和拍照，凹槽外侧有明显的毛刺。内窥镜下切迹处的毛刺如图7所示。

试验前对试验对象的底孔φ30H7进行测量并记录，底孔直径合格。

试验时按规定检查调整机床，确认去毛刺刀具安装正确，夹具定位准确，夹紧可靠，程序和参数正确。

3.1普通铰刀去毛刺效果

首先，使用φ29.99mm扩孔器进行测试。工件在夹具中定位夹紧，机床按程序自动运行连续加工10个工件。加工后发现有10个工件的密封圈槽毛刺被去除，但有8个工件的底孔被切割了两次。测量后，底孔的局部直径超出公差。确定是φ29.99mm去毛刺铰刀破坏了成品底孔。铰刀依次磨到φ29.96mm、φ 29.93mm、φ29.90mm，分别加工10个工件。发现主要有两个结果:①去除了密封圈槽的毛刺，加工了两次底孔，但去毛刺铰刀破坏了成品底孔。②底孔完好，但毛刺去除不彻底。采用铰刀和浮动柄结合的方式去毛刺，存在底孔两次加工或毛刺去除不彻底的问题。这种方法不适合批量生产。

3.2金刚砂研磨棒的去毛刺效果

根据用铰刀去毛刺的经验，试验使用了φ29.96mm的金刚砂磨杆。工件在夹具中定位夹紧，机床按程序自动运行，连续加工10个工件。加工后发现10个工件的密封圈槽外侧毛刺被去除。井底孔壁有明显的刀痕，是金刚砂磨杆的磨痕。经测量，底孔表面粗糙度合格，底孔直径合格，底孔无破损。

进一步观察密封圈槽的去毛刺效果，发现10个工件的密封圈槽内侧有少量毛刺(见图8)。根据试验前对被切割工件密封圈槽毛刺位置的观察、拍照记录和金刚砂磨条的结构特征，分析确认了金刚砂磨条在去毛刺过程中，部分外部毛刺被推向了密封圈槽的内侧。

采用金刚砂磨杆和浮动手柄相结合的方式去毛刺，存在金刚砂磨杆将外毛刺推向密封圈槽内侧的问题。这种方法不适合批量生产。

3.3弹簧刀片的去毛刺效果

用弹簧片刀具去毛刺时，机床和刀具的动作顺序是:机床主轴不旋转时，刀具进入密封圈槽中部→主轴旋转→主轴前进，去除密封圈槽一侧的毛刺→主轴后退，去除密封圈槽另一侧的毛刺→刀具回到密封圈槽中部→主轴停止旋转→刀具退出工件。

采用弹簧刀去毛刺方案。由于加工程序的要求与前两种方案不同，所以编制了新的机床运行程序，并对程序和参数进行了调试和测试。实验是用理论加工直径为30毫米的弹簧刀刀具进行的。工件在夹具中定位夹紧，机床按程序自动运行连续加工10个工件。加工后发现10个工件密封圈槽内的大毛刺被去除，但倒角边缘仍有小毛刺。在较大倒角处产生的二次毛刺如图9所示。

根据试验前对试切工件密封圈槽毛刺的观察、拍照记录和弹簧刀片刀具的特征，确认7个试切件密封圈槽去毛刺效果不完全是由于刀片在到达倒角边缘前停止工作，导致倒角边缘出现较小的二次毛刺。如果增加工序，倒角长度会超过图纸要求，不利于密封。

根据第一轮试验，重新准备密封环槽无倒角的工件进行试验。试验前，观察并记录试切工件密封圈槽处的毛刺。

使用理论加工直径为30毫米的弹簧刀，连续加工10个在密封环的凹槽中没有倒角的工件。加工后用内窥镜观察切口，10个工件密封圈槽内的毛刺全部去除。图10显示了切口处没有倒角的去毛刺效果。

解剖标本后发现，密封圈槽内外无毛刺，效果良好。

通过对比去毛刺前后的工件，发现在去毛刺的同时，试件也出现了以下情况。

1)环槽边缘形成0.3~0.5mm的倒角，轮廓均匀，满足图案要求。可以通过改变刀具中的弹簧片来控制倒角，这是可以接受的。

2)孔壁上形成两道划痕，肉眼可见。用手触摸时，它们和没有划痕的一样光滑；用高精度三坐标扫描仪测量孔壁，划痕处的数值没有波动。经分析，这两道划痕是刀具快进快退留下的痕迹，是刀具球形头(见图12)与孔壁接触留下的痕迹。痕迹的明显程度与工件材料、刀具弹簧的规格等有关。，这是正常现象，不是擦伤。解剖没有手感，带衬套气密测试，不漏气，检查孔径，去毛刺前后孔径没有变化。综合以上因素，可以判断划伤属于正常现象，工件没有划伤，可以接受。

04

批处理验证

根据去毛刺工艺试验结果，将弹簧刀去毛刺的工艺方法应用于生产线。连续批量生产300个零件，去毛刺效果好且稳定。

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结束语

针对发动机零件密封圈槽内的毛刺问题，设计并试验了三种去毛刺工艺方案，试验程序合理。根据工艺试验和批量加工验证结果，弹簧片刀具去毛刺效果良好，彻底解决了发动机零件密封圈槽内的毛刺问题。