空壓機(jī)曲軸去毛刺方法

王永濤

采埃孚商用車系統(tǒng)（青島）有限公司濟(jì)南分公司 山東濟(jì)南 250104

1 序言

圖1所示為空壓機(jī)及曲軸。圖2、圖3所示分別為雙缸曲軸、單缸曲軸?？諌簷C(jī)曲軸是空壓機(jī)動力傳輸?shù)闹匾考谑褂眠^程中需要承受高速交變的載荷，對清潔度要求也十分高。由于油路中微小的切屑會造成軸承閥座受到損壞及連桿內(nèi)孔劃傷，導(dǎo)致竄油及卡死等問題，因此在曲軸加工過程中，去毛刺非常重要。

圖1 空壓機(jī)及曲軸

圖2 雙缸曲軸

圖3 單缸曲軸

空壓機(jī)曲軸常用的材質(zhì)為40Cr或42CrMo，硬度一般為28～32HRC，屬于中碳合金鋼，不易斷屑。加工過程中，曲軸上的毛刺主要集中在以下幾處：①螺紋孔和斜油孔交叉處產(chǎn)生的翻邊，油孔與油孔交叉處產(chǎn)生的翻邊。②油孔倒角時(shí)產(chǎn)生的鋒利翻邊。③回油孔翻邊。④驅(qū)動鍵銳邊。⑤螺紋孔口產(chǎn)生的翻邊。此外，所有的加工表面邊緣過渡處也都會存在微小的毛刺。

2 機(jī)械去毛刺

針對5處毛刺，采用如下機(jī)械方法去除毛刺。

1）因螺紋孔和斜油孔交叉處位于孔內(nèi)，且翻邊粘接性強(qiáng)，故使用專用硬質(zhì)合金球頭刀具（見圖4），在加工中心上完成交叉孔去毛刺（見圖5）。

圖4 球頭刀具

圖5 采用球頭刀具完成交叉孔去毛刺

針對油孔與油孔交叉位置的毛刺，因油孔直徑較小，故可以采用鉸刀，鉸刀直徑比油孔直徑小0.03mm。φ3.97mm鉸刀如圖6所示。并增加內(nèi)冷孔，可清除掉落的及孔底的切屑，在加工中心上完成交叉孔去毛刺（見圖7）。切削參數(shù)可選擇切削速度vc=25m/min，進(jìn)給速度vf=600mm/min，去毛刺效果非常好。內(nèi)冷鉸刀去毛刺如圖8所示。

圖6 φ3.97mm鉸刀

圖7 采用鉸刀完成交叉孔去毛刺

圖8 內(nèi)冷鉸刀去毛刺

2）油孔孔口倒角。油孔周圍的表面質(zhì)量要求高，表面粗糙度值Ra=0.4μm，倒角邊緣要求光滑過渡。目前采用手工方式，用圓形3M尼龍拋光輪進(jìn)行拋光，以達(dá)到圖樣要求。油孔孔口倒角去毛刺及拋光如圖9所示。具體步驟：①用鉸刀去除交叉處毛刺。②用鋼絲刷（見圖10）去除交叉處毛刺。③用3M拋光輪拋光孔口處倒角。

圖9 油孔孔口倒角去毛刺及拋光

圖10 鋼絲刷

3）回油孔局部如圖11所示，進(jìn)口端有凹槽，出口端為毛坯面?？稍诩庸ぶ行纳喜捎脠D12所示正反除毛刺刀具，入刀時(shí)用前面切削刃，出刀時(shí)用后面切削刃，利用高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力將切削刃打開，去除回油孔進(jìn)出口處的毛刺。

圖11 回油孔局部

圖12 正反除毛刺刀具

4）驅(qū)動鍵銳邊處理。需用鍵槽銑刀及倒角刀（見圖13）。鍵槽銑刀的直徑尺寸和中間凹槽的寬度一致，配合轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，可以去除所有豎邊及凹槽兩邊的毛刺；用倒角刀倒角所有水平邊，效果很好。驅(qū)動鍵倒角如圖14所示。

圖13 驅(qū)動鍵銳邊處理用刀具

圖14 驅(qū)動鍵倒角

5）螺紋孔口產(chǎn)生的翻邊，用螺紋銑刀復(fù)合去毛刺功能，無需特別編程，螺紋銑削和去毛刺同步完成。螺紋銑刀螺距最大可達(dá)6mm，通孔和盲孔都適用[1]。螺紋銑刀復(fù)合去毛刺如圖15所示，螺紋孔口毛刺去除前后對比如圖16所示。

圖15 螺紋銑刀復(fù)合去毛刺

圖16 螺紋孔口毛刺去除前后對比

3 高壓水噴射去毛刺

以30～50 MPa高壓水為清洗介質(zhì)，通過CNC編程輸入，自動給予指定工件快速的高壓清洗、去除毛刺。通過采用特殊的清洗噴嘴（見圖17），以及CNC轉(zhuǎn)臺（標(biāo)配）、A軸（選配）等，可以進(jìn)行6個(gè)面和各深孔的清洗，實(shí)現(xiàn)去毛刺、粗洗和精洗三合一的效果。其優(yōu)點(diǎn)是環(huán)保、效率高，適合大批量的生產(chǎn)線。其缺點(diǎn)是難以去除較厚的毛刺及高強(qiáng)度材質(zhì)的毛刺，對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的內(nèi)腔毛刺去除效果不夠理想，工作時(shí)消耗功率大。

圖17 噴嘴類型

對于曲軸各加工表面的微小毛刺，可采用高壓清洗工件進(jìn)行去除。具體方法是先對整體表面進(jìn)行高壓清洗，然后針對容易有毛刺產(chǎn)生和切屑堆積的部位進(jìn)行局部高壓清洗[2]。

（1）清洗劑 將清洗劑（pH值7～9）用大約50倍的水（工業(yè)用水）稀釋。須使用有防銹作用、耐高壓（50MPa）且不發(fā)泡的清洗劑。

（2）三級過濾 一級過濾：攔網(wǎng)過濾，過濾大的小顆粒、切屑。二級過濾：通過網(wǎng)袋式過濾器過濾，過濾精度10μm。三級過濾：網(wǎng)袋式過濾，過濾精度5μm。

（3）噴嘴規(guī)格及數(shù)量 曲軸高壓清洗用噴嘴如圖18所示。標(biāo)配自動換刀庫，直列式刀庫容量為5把，換刀時(shí)間3s。

圖18 曲軸高壓清洗用噴嘴

4 電化學(xué)去毛刺

電化學(xué)工藝運(yùn)用電化學(xué)氧化-還原反應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)加工功能[3]。電化學(xué)加工原理如圖19所示，電化學(xué)加工工件的裝夾如圖20所示，電解液供給流向如圖21所示。電化學(xué)工藝最大的一個(gè)特點(diǎn)是陰極頭（－）與工件（＋）有間隙，它可以理解為是一種鏡像加工工藝，陰極頭的設(shè)計(jì)以工件被加工處輪廓為基準(zhǔn)，電解液（氯化鈉或硝酸鈉）作為加工介質(zhì)，“運(yùn)輸”離子運(yùn)動，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后工件上的金屬離子被氧化而脫離工件。金屬氫氧化物經(jīng)電解液排出，系統(tǒng)必須配備相關(guān)設(shè)備用于分離加工產(chǎn)生的金屬氫氧化物。

圖19 電化學(xué)加工原理

圖20 電化學(xué)加工工件的裝夾

圖21 電解液供給流向

電化學(xué)加工的優(yōu)勢：①加工效率高，單件加工節(jié)拍短，約1min。②1次加工即可完成所有位置的倒角。③拋光質(zhì)量好。④去毛刺具有最高工藝可靠性，無二次毛刺產(chǎn)生。⑤自由加工，可通過陰極自由調(diào)節(jié)公差。

電化學(xué)加工在曲軸加工中的應(yīng)用：①進(jìn)、出油孔拋光。②進(jìn)油孔倒角。③去除毛刺和微污染物，以確保清潔度要求。曲軸如圖22所示，材料為不銹鋼，電化學(xué)加工去除所有交叉孔的毛刺，加工節(jié)拍為50s/件，單件加工成本低，且產(chǎn)品性能有所提高。油孔拋光后表面粗糙度值Rz＜3μm。電化學(xué)加工前后的內(nèi)孔如圖23所示。出油孔倒角可根據(jù)圖樣公差要求進(jìn)行編輯。

圖22 曲軸

圖23 電化學(xué)加工前后的內(nèi)孔

5 結(jié)束語

隨著工業(yè)自動化程度的提高，機(jī)械加工領(lǐng)域?qū)α慵圃炀鹊囊笥l(fā)嚴(yán)格，特別是在微型化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于毛刺的危害性尤為明顯，因此逐漸引起人們的普遍重視，并開始對毛刺的生成機(jī)理及去除方法進(jìn)行研究。本文從實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)的幾種去毛刺方法操作簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適用于大多數(shù)曲軸類零件的精細(xì)加工。

專家點(diǎn)評

實(shí)際生產(chǎn)中，曲軸加工表面邊緣過渡處、螺紋孔和油孔部位存在微小的毛刺。文中介紹了3種常用的去毛刺方法，都是從實(shí)際加工實(shí)踐中總結(jié)出來的，具有各自的優(yōu)勢和特點(diǎn)，適用面廣，可選擇性強(qiáng)，操作簡單。文章開門見山，簡明扼要，突出重點(diǎn)，圖文并茂，具有很好的理論研究和實(shí)踐指導(dǎo)作用。