能自動補償的曲軸孔去毛刺刀具

薛飛

上汽大眾汽車有限公司 上海市 201805

EA888發動機缸體的曲軸孔共有5擋軸承座（見圖1），用于支撐曲軸在連桿活塞的作用下將往復運動轉化為旋轉運動。缸體的曲軸孔采用“粗鏜軸承座—銑油槽—鉆斜油孔—按裝軸承蓋—半精鏜—精鏜—珩磨”的工藝路線。由于油槽與曲軸孔相交邊緣沒有設計倒角，當鏜曲軸孔的刀片鈍化后會在油槽邊緣產生飛邊。而珩磨的余量僅有0.02mm。當飛邊根部厚度超過0.02mm，就會存在不能去除飛邊的風險。同時缸體第三擋軸承蓋的孔口，沒有設計倒角（見圖2），也存在刀具鈍化后產生飛邊的情況。

圖1 缸體曲軸孔

圖2 曲軸孔軸承蓋毛刺

缸體曲軸孔和曲軸主軸頸是發動機中最重要的運動副，同時在油槽內機油不斷沖刷。如果油槽邊緣飛邊或毛刺在發動機裝配過程中掉落在密封面，可能會造成油封、水封、密封墊損傷以及引起漏油、漏水、漏氣。如果油槽邊緣飛邊或毛刺在發動機運行過程中隨著機油的沖刷掉落混入發動機的潤滑系統，會導致吸油管堵塞、機油泵咬死和發動機過熱損壞。如果直接掉落在高速旋轉的運動副表面，會導致軸瓦劃傷、拉毛，降低發動機的壽命，嚴重的情況下甚至會造成發動機咬死的質量事故。

技術難點

在現有技術中各方所使用的已有解決方案存在以下缺點：

1）用清洗機的高壓噴頭對毛刺部位清洗，由于曲軸孔內油槽距離較遠，位置不便于噴射，清洗機沖洗時間較短。該方案去除毛刺的效果并不理想。

2）用電解、化學去毛刺的方法。該方案化學液有一定腐蝕性，并且會產生大量的廢液。對原來沒有配套污水處理手段的企業會增加額外的成本，不符合當前國家提倡綠色制造的發展方向。

3）用螺紋聯接式毛刷（見圖3）通過機械摩擦去除毛刺。螺紋聯接式毛刷的鋼絲磨損后就必須更換毛刷頭。毛刷的耐用度很低，需要每個班次停機更換，影響正常生產。且螺紋聯接式毛刷的成本較高。

圖3 螺紋連接式毛刷

刀具詳細技術內容

設計一款能自動補償的曲軸孔去毛刺刀具（見圖4），達到低成本、優質高效地去除曲軸孔內毛刺的目的。

圖4 一種能自動補償的曲軸孔去毛刺刀具

1.刀具原理

1）利用主軸內部冷卻液壓力的通斷實現毛刷的伸出量控制用于補償毛刷磨損。

2）利用彈性片和具有鋸齒狀特征的導桿實現沿導桿軸向的單向不可逆移動。

3）利用鋼球和錐面沿刀具軸向移動實現導桿的自鎖。

4）沿錐體圓周分布且有燕尾槽的毛刷塊，利用錐體的軸向移動實現毛刷的膨脹和收縮。

2.刀具結構

刀具結構如圖5所示，毛刷通過尾部的燕尾槽結構均勻分布地卡在錐體圓周上，并且能隨著錐體沿軸向移動實現徑向的膨脹和收縮。毛刷通過毛刷套上的槽定位，能沿著槽做徑向的移動。錐體通過螺母鎖緊在導桿上，并通過導桿的臺階實現軸向定位。導桿通過導桿套內部的孔實現導向。毛刷套通過螺紋與導桿套相互連接，并通過端面實現軸向定位。端蓋通過螺紋與毛刷套連接。彈性片插在導桿套的卡槽中，并用螺釘鎖緊。彈性片的一端支撐在導桿鋸齒結構中。防轉銷卡在導桿的導向槽中。彈簧壓住橡膠圈、壓環和鋼球，鋼球周圍有鋼球保持架限定位置，壓環通過3根圓棒與活塞板連接，刀柄與壓環套通過螺紋聯接，內冷導管通過螺紋聯接在刀柄中。

圖5 一種能自動補償的曲軸孔去毛刺刀具裝配圖

3.刀具毛刷補償過程

當NC程序控制主軸內冷打開并持續1s，冷卻液的壓力作用于活塞板和壓環，克服彈簧的壓力向前移動。當活塞板與壓環套上的臺階相接觸時達到限位。多余的冷卻液通過壓環套上的泄壓孔流出。壓環松開對鋼球的壓力，使得鋼球失去對導桿的鎖緊作用。壓環在沿軸向向前移動的過程中通過橡膠圈受擠壓會對導桿產生摩擦作用，帶動導桿一起沿軸向向前移動。彈性片與導桿上的鋸齒形相互作用保證導桿只能向前運動。導桿帶動錐套沿軸向向前移動。毛刷隨著錐套的軸向運動沿徑向膨脹。待冷卻液關閉，活塞板的壓力消失，在彈簧力的作用下壓環復位，鋼球鎖緊導桿。

4.刀具的工作過程

如圖6所示，刀具被抓取在加工中心主軸上，通過毛刷隨主軸的旋轉作為主運動，毛刷沿曲軸孔軸向運動作為進給運動，去除曲軸孔和油槽中的毛刺。

圖6 毛刷的工作狀態

結語

本次設計的刀具有以下優點：

1）結構簡單，不需要采用額外電氣控制裝置。

2）可靠性好，故障率低，易于維護。

3）成本低，壽命長，停機更換時間少，能極大地提高設備的開動率。

4）去除毛刺效果良好。

5) 本刀具目前正在申請國家專利（專利受理號：202110229037.1）。