空压机曲轴去毛刺方法

王永涛

采埃孚商用车系统（青岛）有限公司济南分公司 山东济南 250104

1 序言

图1所示为空压机及曲轴。图2、图3所示分别为双缸曲轴、单缸曲轴。空压机曲轴是空压机动力传输的重要部件，在使用过程中需要承受高速交变的载荷，对清洁度要求也十分高。由于油路中微小的切屑会造成轴承阀座受到损坏及连杆内孔划伤，导致窜油及卡死等问题，因此在曲轴加工过程中，去毛刺非常重要。

图1 空压机及曲轴

图2 双缸曲轴

图3 单缸曲轴

空压机曲轴常用的材质为40Cr或42CrMo，硬度一般为28～32HRC，属于中碳合金钢，不易断屑。加工过程中，曲轴上的毛刺主要集中在以下几处：①螺纹孔和斜油孔交叉处产生的翻边，油孔与油孔交叉处产生的翻边。②油孔倒角时产生的锋利翻边。③回油孔翻边。④驱动键锐边。⑤螺纹孔口产生的翻边。此外，所有的加工表面边缘过渡处也都会存在微小的毛刺。

2 机械去毛刺

针对5处毛刺，采用如下机械方法去除毛刺。

1）因螺纹孔和斜油孔交叉处位于孔内，且翻边粘接性强，故使用专用硬质合金球头刀具（见图4），在加工中心上完成交叉孔去毛刺（见图5）。

图4 球头刀具

图5 采用球头刀具完成交叉孔去毛刺

针对油孔与油孔交叉位置的毛刺，因油孔直径较小，故可以采用铰刀，铰刀直径比油孔直径小0.03mm。φ3.97mm铰刀如图6所示。并增加内冷孔，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（见图7）。切削参数可选择切削速度vc=25m/min，进给速度vf=600mm/min，去毛刺效果非常好。内冷铰刀去毛刺如图8所示。

图6 φ3.97mm铰刀

图7 采用铰刀完成交叉孔去毛刺

图8 内冷铰刀去毛刺

2）油孔孔口倒角。油孔周围的表面质量要求高，表面粗糙度值Ra=0.4μm，倒角边缘要求光滑过渡。目前采用手工方式，用圆形3M尼龙抛光轮进行抛光，以达到图样要求。油孔孔口倒角去毛刺及抛光如图9所示。具体步骤：①用铰刀去除交叉处毛刺。②用钢丝刷（见图10）去除交叉处毛刺。③用3M抛光轮抛光孔口处倒角。

图9 油孔孔口倒角去毛刺及抛光

图10 钢丝刷

3）回油孔局部如图11所示，进口端有凹槽，出口端为毛坯面。可在加工中心上采用图12所示正反除毛刺刀具，入刀时用前面切削刃，出刀时用后面切削刃，利用高速旋转时的离心力将切削刃打开，去除回油孔进出口处的毛刺。

图11 回油孔局部

图12 正反除毛刺刀具

4）驱动键锐边处理。需用键槽铣刀及倒角刀（见图13）。键槽铣刀的直径尺寸和中间凹槽的宽度一致，配合转台旋转，可以去除所有竖边及凹槽两边的毛刺；用倒角刀倒角所有水平边，效果很好。驱动键倒角如图14所示。

图13 驱动键锐边处理用刀具

图14 驱动键倒角

5）螺纹孔口产生的翻边，用螺纹铣刀复合去毛刺功能，无需特别编程，螺纹铣削和去毛刺同步完成。螺纹铣刀螺距最大可达6mm，通孔和盲孔都适用[1]。螺纹铣刀复合去毛刺如图15所示，螺纹孔口毛刺去除前后对比如图16所示。

图15 螺纹铣刀复合去毛刺

图16 螺纹孔口毛刺去除前后对比

3 高压水喷射去毛刺

以30～50 MPa高压水为清洗介质，通过CNC编程输入，自动给予指定工件快速的高压清洗、去除毛刺。通过采用特殊的清洗喷嘴（见图17），以及CNC转台（标配）、A轴（选配）等，可以进行6个面和各深孔的清洗，实现去毛刺、粗洗和精洗三合一的效果。其优点是环保、效率高，适合大批量的生产线。其缺点是难以去除较厚的毛刺及高强度材质的毛刺，对结构复杂的内腔毛刺去除效果不够理想，工作时消耗功率大。

图17 喷嘴类型

对于曲轴各加工表面的微小毛刺，可采用高压清洗工件进行去除。具体方法是先对整体表面进行高压清洗，然后针对容易有毛刺产生和切屑堆积的部位进行局部高压清洗[2]。

（1）清洗剂 将清洗剂（pH值7～9）用大约50倍的水（工业用水）稀释。须使用有防锈作用、耐高压（50MPa）且不发泡的清洗剂。

（2）三级过滤 一级过滤：拦网过滤，过滤大的小颗粒、切屑。二级过滤：通过网袋式过滤器过滤，过滤精度10μm。三级过滤：网袋式过滤，过滤精度5μm。

（3）喷嘴规格及数量 曲轴高压清洗用喷嘴如图18所示。标配自动换刀库，直列式刀库容量为5把，换刀时间3s。

图18 曲轴高压清洗用喷嘴

4 电化学去毛刺

电化学工艺运用电化学氧化-还原反应原理来实现加工功能[3]。电化学加工原理如图19所示，电化学加工工件的装夹如图20所示，电解液供给流向如图21所示。电化学工艺最大的一个特点是阴极头（－）与工件（＋）有间隙，它可以理解为是一种镜像加工工艺，阴极头的设计以工件被加工处轮廓为基准，电解液（氯化钠或硝酸钠）作为加工介质，“运输”离子运动，经化学反应后工件上的金属离子被氧化而脱离工件。金属氢氧化物经电解液排出，系统必须配备相关设备用于分离加工产生的金属氢氧化物。

图19 电化学加工原理

图20 电化学加工工件的装夹

图21 电解液供给流向

电化学加工的优势：①加工效率高，单件加工节拍短，约1min。②1次加工即可完成所有位置的倒角。③抛光质量好。④去毛刺具有最高工艺可靠性，无二次毛刺产生。⑤自由加工，可通过阴极自由调节公差。

电化学加工在曲轴加工中的应用：①进、出油孔抛光。②进油孔倒角。③去除毛刺和微污染物，以确保清洁度要求。曲轴如图22所示，材料为不锈钢，电化学加工去除所有交叉孔的毛刺，加工节拍为50s/件，单件加工成本低，且产品性能有所提高。油孔抛光后表面粗糙度值Rz＜3μm。电化学加工前后的内孔如图23所示。出油孔倒角可根据图样公差要求进行编辑。

图22 曲轴

图23 电化学加工前后的内孔

5 结束语

随着工业自动化程度的提高，机械加工领域对零件制造精度的要求愈发严格，特别是在微型化结构设计中，由于毛刺的危害性尤为明显，因此逐渐引起人们的普遍重视，并开始对毛刺的生成机理及去除方法进行研究。本文从实际生产实践中总结的几种去毛刺方法操作简单、经济实用，适用于大多数曲轴类零件的精细加工。

专家点评

实际生产中，曲轴加工表面边缘过渡处、螺纹孔和油孔部位存在微小的毛刺。文中介绍了3种常用的去毛刺方法，都是从实际加工实践中总结出来的，具有各自的优势和特点，适用面广，可选择性强，操作简单。文章开门见山，简明扼要，突出重点，图文并茂，具有很好的理论研究和实践指导作用。