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摘要：

曲軸法蘭端中心孔通常采用先鉆底孔、再鉸孔的工藝方法。這種方法加工時間長、生產效率低。為了解決該問題，采用特殊結構的刀具實現鉆鉸復合的加工方案。該方案已通過曲軸生產線批量使用驗證，其加工質量穩定，加工時間和刀耗顯著降低，取得了良好的應用效果。

關鍵詞：

曲軸；中心孔；鉆鉸復合加工

神龍公司曲軸L2生產線生產EC5發動機曲軸，在第一道工序OP10采用德國LARU的兩端加工中心完成中心孔的加工，生產節拍為72s/件。隨著動力總成的演變，EC5發動機曲軸法蘭端中心孔深度需要增加7mm，采用現有工藝，生產節拍為76s/件，超出生產線的設計節拍。盡管提高轉速和進給參數可以縮短加工時間，但刀具壽命明顯降低，生產成本升高。因此，為滿足設計節拍和刀具壽命要求，需要對現有工藝進行優化。

1工藝分析

1.1技術要求及加工現狀圖1所示為曲軸法蘭端中心孔的技術要求。中心孔由Φ34mm沉臺、60°錐面和Φ16mm盲孔構成。動力總成演變后，中心孔深度由24.5mm變更為31.5mm。圖2所示為法蘭端中心孔的刀具布置及加工內容。圖2a采用T102銑刀加工端面和Φ46mm外圓；圖2b采用T111刀具套車法蘭外圓Φ87mm及鉆60°錐面和底孔，錐面和底孔留余量0.3～0.5mm；圖2c采用T109刀具加工Φ34mm沉臺及120°倒角；圖2d采用T107單刃鏜刀加工60°錐面和底孔至圖1要求的尺寸。中心孔深L=24.5mm時的節拍為72s，當孔深增加7mm后，在不改變生產條件的情況下，節拍會增加4s，將超出生產線節拍72s，使生產能力下降5.6%。生產部門嘗試壓縮輔助時間，比如加快夾緊定位的動作，但改變幅度不大，因為機床的動態響應參數已經調整到允許的極限值。通過調整切削參數，減少了加工時間，但增加了刀具消耗。表1所示為參數調整前后加工時間及刀具壽命對比情況。從表中可以看出，參數調整后的刀具壽命與調整前相比，銑刀、套車刀和鉆頭壽命下降明顯，U鉆和鏜刀壽命沒有變化。

1.2工藝分析及方案制訂對上述工藝進行分析，存在如下問題。a.銑刀和套車刀在加工時，毛坯余量分布不均勻，最大切深達到4mm,最小切深1.5mm，而且線速度超過200m/min，局部加工工況超出了刀具的適用范圍，容易產生打刀和崩刃。b.套車刀的三個刀片在圓周方向上按不等距進行分布，刀片的徑向切削合力和離心力不為零，使鉆頭產生偏心。增加孔深或提高切削用量后，這種偏心作用更顯著，使刀片更容易磨損，鉆頭更容易折斷。c.底孔和鏜孔機械位置實際存在同軸度偏差，導致加工錐面的實際圓周余量不均勻，使錐面產生振紋，內孔表面粗糙度降低，這也限制了鏜刀的速度提升。解決上述問題，在節拍合格的條件下提高刀具壽命。提高刀具壽命一般有以下三種途徑。a.改善刀具材質和結構；b.調整余量和加工參數；c.改變工藝流程。基于以上三種途徑，考慮工藝改進方案。由于鉆、鏜中心孔合計占了整個切削時間的50%，改善的余地比較大，提出以下方案。a.首先合并鉆和鏜的加工工步，在鉆孔時完成60°錐面和Φ16mm直孔，取消鏜孔。通過合并可以節省11.7s。在滿足節拍72s的前提下，還剩余7.7s。b.T111套車采用對稱分布的2個刀片替代三個不等距的刀片，粗加工法蘭外圓至Φ88mm；在T109的U鉆上增加一個加工法蘭外圓的套車刀，加工法蘭外圓和Φ34mm沉臺至要求尺寸。c.調整加工參數，適當降低T102銑刀和T111刀具的切削速度，所延長的時間由剩余的7.7s來彌補。采用這個方案，需要解決兩個關鍵問題。a.中心孔的直徑尺寸和粗糙度合格并穩定，而且刀具費用不能提高；b.Φ34沉臺加工后，錐面與沉臺結合處不能有毛刺和翻邊。

2關鍵問題的解決措施

2.1改進鉆頭的結構在方案驗證中，直接用目前形式的直槽鉆加工，中心孔的直徑尺寸和粗糙度不穩定。主要原因是鉆頭徑向震動和排屑不暢導致表面劃傷。針對這個問題，改進鉆頭結構（圖3），其改進方案如下。a.如圖3所示，設計整體硬質合金四刃鉆鉸刀，采取大容屑槽和雙內冷孔及導流反沖結構，使鐵屑容易排出，消除排屑不暢導致鉆頭扭矩過大而折斷。內冷孔直徑為Φ2.5mm，內冷孔距為Φ9.5mm，與常規鉆頭（內冷孔直徑為Φ2mm，內冷孔距為Φ7.5mm）相比，使其流量更大，分布更靠近外側。這樣有利于對整段刃口，尤其是對靠近外圓處的刃口冷卻效果最好。b.如Y視圖所示，鉆尖刃部設計0.5×90°的倒棱，棱邊對已加工面進行修光和擠壓，提高鉆孔直徑的精度和表面質量。c.如D視圖所示，錐齒采取雙后角，第一后角采用1°的特殊后角，刃寬為0.5mm，對錐面起到修光作用，同時避免出現振紋。

2.2增加去毛刺功能將加工Φ34mm沉臺的刀具結構進行更改，使其既能加工沉臺，又可以去毛刺和翻邊。其結構如圖4所示，U鉆刀頭安裝兩個三角轉位刀片，大刀片加工120°的倒角，并去毛刺和翻邊，小刀片加工Φ34沉臺至尺寸。

3改進方案的實施及應用效果

3.1改進方案的實施圖5所示為改進后的刀具布置實物。加工內容如下。a.采用T102銑刀加工端面和Φ46mm外圓；b.用T111刀具套車法蘭外圓至Φ88mm及鉆60°錐面和直孔；c.用T109刀具加工法蘭外圓至Φ87mm、Φ34mm沉臺和120°倒角以及去毛刺。

3.2應用效果采用改進后的工藝，重新分配余量并采用適當的切削用量，加工質量和設備穩定性得到提高。采用改進的鉆頭直接將中心孔的錐面和直孔加工至要求尺寸，直徑尺寸穩定在0.02mm以內，表面粗糙度在R8～R12（相當于Ra2.5～Ra3.2），滿足質量要求。表2所示為方案改進前后的參數及刀具消耗對比情況。從表中的數據可得出如下結論。a.工藝實際節拍71.4s，滿足節拍72s的要求，比改進前節拍減少4.6s。b.刀具消耗2.34元/件，比改善前3.53元減少了34%。c.刀具壽命最低為120件，比改善前80件提高了50%。

3.3經濟效益a.以年產20萬件曲軸的生產線計算，與改進前工藝相比，每年節約刀具費用23.8萬元。b.刀具壽命提高，降低換刀的次數和換刀檢查時間，減少勞動強度，提高機床綜合利用率。c.通過工藝優化，提高加工效率，解決了產品演變導致的產能不足的問題，節約了工業化投資資金和時間。

4結論

a.在加工過程中采用帶倒棱結構的鉆頭，倒棱起到定心和修光作用，可以提高鉆孔精度和表面質量。這種結構的刀具制造簡單，可以推廣到其他曲軸線或者鑄鐵材料的盲孔加工。b.球鐵曲軸法蘭端中心孔采用直接鉆削成型工藝，取消鉸孔加工，提高了加工效率；將法蘭外圓進行粗/精分開加工，提高刀具壽命和質量。因此，適當合并和分解加工內容，對提高效率和降低成本具有重要的意義。這種工藝布局也為相似的零件加工提供參考。c.產品演變涉及工藝的變更，在進行工業化過程中，應從加工設備、工藝改進、刀具選型、加工參數等多個維度綜合考慮，通過技術創新節省投資、降低后續生產成本。

參考文獻：

[1]袁哲俊，劉華明.刀具設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1999.

[2]盧建湘.鉆削精孔的方法[J].機械工程師，2005(8):115-116.

作者：周賢軍 劉將先 單位：神龍汽車有限公司技術中心