浅析曲轴顶尖铁屑去除方法

谭善锋

（上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司，山东 青岛 266555）

【摘　要】曲轴是发动机的重要高速旋转部件，其加工精度直接影响了发动机的振动、运行平稳性及寿命等。因为其为旋转部件，加工工艺多为圆周粗车、半精车、磨削、抛光等。所以在曲轴加工过程中大部分工序采用顶尖夹紧。顶尖上如果有铁屑附着会直接影响曲轴的同轴度、圆度、跳动等特征，影响加工精度。通过对铁屑影响曲轴油封同轴度的问题分析，阐述了多种顶尖铁屑的去除方法。

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关键词 铁屑；顶尖；曲轴；同轴度

0　引言

发动机是汽车最为关键的部分，是决定汽车性能的最重要的因素，犹如人的心脏。而曲轴是发动机的主要旋转机件，是其关键部件之一，所以曲轴必须有很高的加工精度来保证发动的高性能。在曲轴的加工过程中，有90%以上的工序是使用顶尖夹紧定位的，而在加工中所产生的铁屑又不可避免的会附着在顶尖上。如果没有及时去除铁屑或去除效果不好，将使曲轴的定位基准偏移，直接影响曲轴的加工精度，甚至出现报废现象。

为方便后续描述，现将某直列4缸曲轴加工工艺流程简述如下：

一次性加工两端端面和中心孔（OP10）－＞车法兰端面、半精加工主轴颈（OP20）－＞半精加工连杆颈（OP30）－＞深滚压（OP40）－＞钻油孔（OP50）－＞车止推面和法兰端面（OP70）

－＞磨削主轴颈连杆颈（OP80）－＞磨削油封（OP90）－＞动平衡（OP120）－＞抛光（OP130 ）－＞清洗（OP140）－＞测量下线（OP150）。

1　曲轴加工夹紧定位方式

为确保曲轴加工精度，在加工中除第一工序为毛坯定位外，其余均采用两端中心孔定位。曲轴中心孔不仅是曲轴工艺设计的工艺基准,也是后序加工、检测的定位基准，本文中称中心孔定位夹紧夹具为顶尖。因此，中心孔和顶尖的加工精度和清洁程度都直接影响曲轴的加工精度。曲轴顶尖一般有两类：锥顶尖（图1）和球顶尖（图2）。前者与曲轴为面接触，后者为线接触，两种顶尖在实际应用中各有优缺点。锥顶尖定位牢靠，不易磨损，但锥顶尖积压铁屑的几率大，压痕严重，铁屑易被压到工件中心孔内不易脱落，带入后续工位，影响后工序的定位基准。球顶尖与工件线接触，铁屑不易被压在定位面内，压痕轻，不易带到下道工序，但是球顶尖易磨损，修磨比较困难。

2　顶尖铁屑去除方法

某发动机工厂自投产后，曲轴油封同轴度问题一直存在。分析造成同轴度超差的主要原因是：主轴颈和油封分别在OP80和OP90工位加工，由于顶尖粘有铁屑，造成曲轴中心孔有压痕，导致曲轴在两个工位的定位夹紧位置不一致。因此该问题关键就在于如何去除顶尖上的铁屑。分析铁屑的来源，制定了以下几步改进方法：

第一步：前工位OP70加工法兰端面时，铁屑进入法兰螺纹孔中难以去除，给OP80定位留下隐患。所以，针对OP70工位进行了如下改进：

（１）增加一个喷气嘴，正对法兰端面的切削位置，在加工端面的过程中始终保持吹气，将加工产生的铁屑直接吹走；

（２）提高加工法兰端面时的刀具进给速度，由F0.15提高到F0.25，使加工产生的铁屑更大些，更容易掉落，不易存留在工件上。

实施改进方案后，油封同轴度超差情况有所下降，但并未根本解决。说明同轴度超差不止是工序OP70产生的铁屑造成。

第二步：对油封同轴度超差零件的中心孔定位面铁屑压痕进行分析，发现大部分压痕面积较大，与OP70的铁屑不相符。经过对比分析，确认压痕为锥顶尖夹紧零件时有铁屑夹入造成。因为锥顶尖与工件接触面积较大，铁屑压在零件表面上的几率更高，压痕更明显。其中，整条曲轴加工生产线使用锥顶尖的工位只有OP40和OP50两个工位。跟踪OP40、OP50加工后零件法兰端铁屑状态，结果如图4。

铁屑在OP40工位滚压油的作用下粘着在法兰端各孔中，带入后续工序加工。其中，OP50为锥顶尖，将导致铁屑更牢固的压在法兰端中心孔定位面上。这样，油封同轴度问题将会加剧。那么OP40各孔中的铁屑是哪来的呢？经过进一步分析，我们发现这些铁屑产生于OP20工位。当车削法兰端面时会产生大量铁屑，这些铁屑进入螺纹孔被带到OP40工位。当工件在OP40进行滚压校直时铁屑又顺着螺纹孔旋转出来，正好落在法兰中心孔上。为确认OP20的铁屑是造成油封同轴度超差的根本原因，我们做了如下验证：将完成OP20加工的242件曲轴进行人工清洁，保证法兰端无铁屑，然后上线加工，下线未发现油封同轴度超差。因此确认了OP20铁屑对油封同轴度的影响，也进一步证明OP70改进后能够清除本工序加工法兰端产生的铁屑。根据以上实验结论，进一步采取了以下几项措施：

（１）在OP20工位增加法兰端吹气管，保证加工产生的铁屑不被带入到OP40。

（２）调整加工法兰端面的进给速度，分别以F0.4、F0.45、F0.5三种速度进行验证，结果发现采用F0.5时残留工件上的铁屑最少，如图5。

以上两项措施实施后，对比法兰端螺纹孔中残留铁屑的数量，发现铁屑减少了一半。

第三步：曲轴同轴度超差产生于OP90工位，因此OP90的顶尖清洁与否也是极其重要的。为保证OP90的顶尖清洁，对法兰端冷却液喷嘴位置进行调整，加大了冷却液的流量。这样，当有零件放下时，冷却液会直接喷到中心孔中，再由中心孔反弹回来清洁顶尖。法兰端顶尖的清洁得到了更好的保证。

以上措施实施后，油封同轴度问题得到明显改善。统计问题解决过程中各时期曲轴同轴度超差比例如图7：

３　结论

本文通过对曲轴同轴度超差问题的分析，说明了顶尖上残留的铁屑对曲轴的加工精度有很大的影响。通过优化吹气管的方向和吹气时间、更改进给速度和调整冷却液喷嘴方向等方法，有效的取出了顶尖上的铁屑。在建设新曲轴线时可充分考虑以上几项措施，选择合适的加工参数和清洁结构，尽量将铁屑控制在本工位，减少铁屑在机床顶尖上的累积，提高曲轴的加工精度。

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参考文献

［１］黄毅,提高精密主轴外圆加工精度的一种有效工艺措施[J].九江职业技术学院学报,2007.

［２］张慧萍.高速切削切屑折断界限变化规律[J].机械工程学报,2008,44(5).

［３］郭长利.切屑的控制[J].科技信息:学术版,2006(4).

［４］周泽华.金属切削原理[M].上海科学技术出版社.1994.

［责任编辑：邓丽丽］