淺析加工曲軸法蘭中心孔

耿小方，梁卓，陳健

上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司 山東青島 266555

1 序言

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車最關(guān)鍵的部分，曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要旋轉(zhuǎn)零部件，其軸頸的尺寸精度和表面質(zhì)量直接決定了曲軸運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性、磨損和噪聲。因此，曲軸的加工精度是決定發(fā)動(dòng)機(jī)性能好壞的關(guān)鍵。

曲軸中心鉸孔用來安裝輸入軸承，而輸入軸承用來連接發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器，起導(dǎo)向作用，所以對(duì)中心孔的精度要求高，進(jìn)而對(duì)加工工藝及設(shè)備的加工能力要求也非常高。

2 中心孔加工工藝

發(fā)動(dòng)機(jī)工廠二期曲軸生產(chǎn)線生產(chǎn)1.2L和1.5L的四缸鑄鐵曲軸，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為23萬件/年，于2014年8月正式投產(chǎn)。

OP100工位主要用于精銑鍵槽、發(fā)信盤螺紋孔及鉸中心孔，采用德國(guó)美格（MAG）單主軸HSK63刀柄的臥式加工中心，機(jī)床加工過程中定期通過意大利馬波斯（Marposs）測(cè)頭對(duì)機(jī)床夾具進(jìn)行補(bǔ)償。曲軸法蘭中心孔用來安裝曲軸齒輪箱輸入軸承，其精度要求高，加工公差只有13μm。行業(yè)內(nèi)中心孔、導(dǎo)向孔的加工工藝一般分兩種，一種是通過磨床對(duì)孔進(jìn)行精磨，另一種是通過精鉸加工。本公司采用的是第二種，即通過加工中心使用鉸刀對(duì)孔進(jìn)行精鉸加工，以下為曲軸生產(chǎn)線工藝流程圖（見圖1）。

圖1 曲軸生產(chǎn)線工藝流程圖

3 現(xiàn)狀調(diào)查

自曲軸生產(chǎn)線二期B15機(jī)型投產(chǎn)以來，曲軸法蘭中心孔直徑頻繁出現(xiàn)超差，導(dǎo)致下線合格率（FTQ）低（見圖2），影響生產(chǎn)線的輸出及下線的報(bào)廢指數(shù)（見圖3）。

圖2 下線超差數(shù)據(jù)

圖3 法蘭中心孔報(bào)廢數(shù)據(jù)

4 原因分析

當(dāng)前加工法蘭中心孔刀具采用普通液壓刀柄夾持、導(dǎo)條式單刃鉸刀，可調(diào)整懸伸量，不可調(diào)節(jié)刀具跳動(dòng)，曲軸法蘭中心孔的公差為H6級(jí)，所以只靠單刃鉸刀的加工精度（H8～H7）無法滿足加工要求。加工尺寸要求為φ20.976～φ20.989mm（公差為13μm），普通液壓刀柄的跳動(dòng)公差＋刀具的調(diào)節(jié)公差＋機(jī)床主軸的跳動(dòng)＞13μm（見圖4），換刀時(shí)及主軸跳動(dòng)變差時(shí)易導(dǎo)致加工尺寸不穩(wěn)定，造成法蘭中心孔直徑超差。

圖4 加工跳動(dòng)

5 解決對(duì)策

在機(jī)械制造工藝中，鉸削是一種被廣泛使用的加工方法，尤其是在批量生產(chǎn)中，它是一種精加工或半精加工的方法，被作為精密零件的中間加工工序來使用。但是在實(shí)際應(yīng)用中，鉸孔加工的缺點(diǎn)及問題明顯，且不易被解決。主要問題是被加工孔的形狀、誤差不易控制，孔內(nèi)易劃傷，精密零件孔的尺寸不易保證，特別是細(xì)長(zhǎng)孔鉸削加工，上述問題更加嚴(yán)重。

當(dāng)前法蘭中心孔的導(dǎo)向孔主要由兩種刀具進(jìn)行加工，一種為多刃鉸刀（見圖5），一種為單刃導(dǎo)條刀具（見圖6）。兩種刀具加工法蘭中心孔各有優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)兩種鉸削工藝優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，多刃鉸刀工藝的優(yōu)、缺點(diǎn)見表1，單刃導(dǎo)條刀具工藝的優(yōu)、缺點(diǎn)見表2。

表2 單刃導(dǎo)條刀具工藝的優(yōu)、缺點(diǎn)

圖5 多刃鉸刀

圖6 單刃導(dǎo)條刀具

表1 多刃鉸刀工藝的優(yōu)、缺點(diǎn)

以單刃導(dǎo)條刀具在法蘭中心孔加工中的應(yīng)用為例，單刃導(dǎo)條刀具切削與導(dǎo)向兩部分分開，由鉸刀上的兩個(gè)不同部分來承擔(dān)。刀具上的1個(gè)切削刃（刀齒）和3個(gè)導(dǎo)向塊，在徑向剖面上構(gòu)成了“三點(diǎn)成一個(gè)圓”的定位原理，如圖7所示。刀具切入工件后能自行導(dǎo)向，因而有可能加工出較高的尺寸精度和幾何精度，尺寸精度可達(dá)H8～H7 級(jí)，表面粗糙度值Ra＜1.6μm （與鏜孔加工類比推出） 。切削時(shí)，如果有條件，可用較大壓力供給切削液，還可提高鉸孔速度，提高加工效率。

圖7 單刃導(dǎo)條刀具結(jié)構(gòu)

綜上分析，曲軸法蘭中心孔直徑不穩(wěn)定的主要影響因素是刀具與主軸的配合問題。由于法蘭中心孔直徑尺寸公差小，且要求嚴(yán)格，使用常規(guī)普通液壓刀柄與主軸進(jìn)行配合，累計(jì)公差超過尺寸公差要求，所以不同刀具與主軸之間配合后的跳動(dòng)不穩(wěn)定，換刀后容易導(dǎo)致加工中心孔直徑超差。解決法蘭中心孔直徑不穩(wěn)定的問題，需解決刀具與主軸之間的配合問題。

針對(duì)刀具與主軸配合后，刀具加工跳動(dòng)變大的問題，可制作專用刀具，使刀具可以在跳動(dòng)方向調(diào)整。該刀具的可調(diào)刀柄分為兩部分（見圖8），由8個(gè)螺釘進(jìn)行固定，用于調(diào)節(jié)刀具的跳動(dòng)。將刀具安裝在主軸上測(cè)量刀具的跳動(dòng)，可將刀具在主軸上的跳動(dòng)調(diào)整至3μm以內(nèi)，刀具只使用在此機(jī)床上，并定期檢查刀具在主軸上的跳動(dòng)，若跳動(dòng)超差，則進(jìn)行跳動(dòng)調(diào)整，直至跳動(dòng)滿足加工要求。

圖8 可調(diào)刀柄

6 效果檢查

改進(jìn)加工法蘭中心孔用刀具后，對(duì)該刀具進(jìn)行固定，且定期在機(jī)床上測(cè)量刀具跳動(dòng)。如果出現(xiàn)超差，就及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，改善效果比較明顯。

1）法蘭中心孔直徑穩(wěn)定性明顯得到改善，超差比例由5%左右降低至1%以下（見圖9、圖10）。

圖9 法蘭中心孔直徑下線數(shù)據(jù)

圖10 法蘭中心孔直徑超差比例對(duì)比

2）提升刀具壽命，降低換刀的次數(shù)和換刀檢查時(shí)間，減少疲勞強(qiáng)度，提高機(jī)床綜合利用率。

3）彌補(bǔ)了主軸跳動(dòng)變大帶來的影響，減少主軸的更換頻次。

4）推廣運(yùn)用于其他領(lǐng)域，解決了法蘭中心孔加工不穩(wěn)的問題。

7 結(jié)束語

曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，其尺寸精度要求也是發(fā)動(dòng)機(jī)零部件中要求最高的，而法蘭中心孔作為發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器連接的主要部位，精度要求非常高。在曲軸加工中對(duì)于一些公差小的尺寸，如果傳統(tǒng)刀具與機(jī)床配合無法保證工件加工尺寸的精度，需使用專用刀具與主軸進(jìn)行配合以滿足產(chǎn)品尺寸公差要求。