简单分析曲轴法兰端中心孔加工刀具优化

1 曲轴中心孔的工艺要求及问题

曲轴中心孔是工艺设计的工艺基准，也是后序加工、检测曲轴的定位基准，中心孔的好坏直接影响曲轴的产品质量，所以对中心孔的精度要求较高。EB2DT(S)曲轴是1.2T涡轮增压发动机内的主要零件之一，曲轴材料为38MnSiV5，硬度255-302HB，曲轴法兰端中心孔振纹问题严重影响生产效率。

原加工工艺为麻花钻与锥铰刀组合加工，简单来说，就是先用麻花钻钻Φ15.4mm直孔，再用锥铰刀加工60°与120°锥孔，中心孔60°锥是后序加工基准与定位基准、检测基准。加工设备是德国申克加工中心，加工时曲轴不转，刀具旋转。通过这种方式加工出来的曲轴，中心孔出现振纹（见图1），不能满足0.02mm的圆度要求。



图1 中心孔振纹

2 工艺优化

借助对加工工艺的分析，发现工艺及刀具选型不合理：①加工底孔采用麻花钻不当，给后序铰孔带来较大余量，尤其是60°锥面余量太大；②铰中心孔时，切削余量大，定心不好，导致切削时振动而产生振纹；③铰60°锥面切削参数：转速950t/min，每转进给0.4mm/t；④铰120°锥面切削参数：转速320t/min，每转进给0.3mm/t。

对刀具及工艺进行优化改进：①把加工底孔的Φ15.4mm的麻花钻改为Φ15.4mm阶梯钻，刀柄从Φ16mm改为Φ25mm，在加工底孔时，增加了刚性，同时把60°锥面加工到只有0.5mm的余量。②将铰中心孔的锥铰刀换成具有自定心作用的中心孔铰刀，一方面因锥面铰削余量少，另一方面因在铰削锥面时前面在铰削直孔，可以起到有效防振的作用，直孔从Φ15.4mm铰至Φ15.7mm，为该孔后序加工到Φ16mm减少了加工余量。③在优化刀具的同时，对加工中心孔的工艺进行优化（见图2）。



(a)优化前



(b)优化后

图2 优化前后中心孔加工示意图

3 效果验证

因此，通过上述工艺改进，消除了振纹，中心孔圆度合格，均在0.02mm以内，解决了曲轴的质量问题。在刀具优化过程中，改变了刀具结构，麻花钻变粗了。同时，通过刀具的国产化，降低了刀具价格，提高了刀具寿命，降低了产品成本。