某型柴油机曲轴孔加工精度提升研究＊

2022-04-07李世永张春明郭鹏飞

制造技术与机床 2022年4期

李世永丁泽张春明郭鹏飞

（①潍柴动力股份有限公司新产品制造中心，山东潍坊 261061；②青岛理工大学机械与汽车工程学院，山东青岛 266520）

柴油机曲轴孔主要作用是支撑曲轴，传递从曲柄传来的扭矩并通过法兰输出，同时吸收活塞运动过程中产生的轴向和侧向力[1-2]。由于曲轴孔加工质量严重影响发动机工作性能，所以对曲轴孔加工精度要求较高，其质量的评价包括直径、位置度、圆度、同轴度、各档曲轴孔中心直线度及表面粗糙度等[3]。为满足这些苛刻质量指标，曲轴孔精加工一般采用专机线镗或铰珩两种加工方式。

基于某新型4 缸柴油机机体，曲轴孔专用工艺装备采购周期较长，为缩短试制准备周期与降低试制成本，样试阶段采用加工中心与线镗刀试切ϕ69H6曲轴孔。

1 主要试切条件与测量要求

加工方式：线镗刀一端与加工中心主轴刚性连接，另一端穿入夹具端部支撑套保证加工位置精度，通过机床主轴轴向移动实现曲轴孔加工，应用的其他加工条件见表1，应用的曲轴孔精加工刀具、夹具照片见图1、图2。

图1 曲轴孔精加工刀具

图2 应用夹具

表1 主要加工条件

测量要求：应用ZEISS CALYPSO 三坐标测量机测量每档（共5 档）曲轴孔圆柱度，图3 为曲轴孔测量位置示意图，每档曲轴孔用测针扫描两截面圆（两截面圆位置分别距离开档面内侧3 mm，有效避开了曲轴孔边缘锐边影响）自动构建圆柱评价得出圆柱度，为减小测量误差，取两次测量平均值作为每档曲轴孔有效值。

图3 曲轴孔测量位置示意图

图纸要求每档曲轴孔圆柱度0.007，试切结果机体前端起第1 档、第4 档曲轴孔圆柱度为0.011～0.013，加工精度不合格。

2 5M1E 分析

“人机料法环测”是对全面质量管理理论中6个影响产品质量的主要因素的简称[4]。人（man），指制造产品的人员；机（machine），指制造产品所用的设备或工具工装；料（material），指制造产品所使用的材料；法（method），指制造产品所使用的工艺流程和加工方法；测（measurement），指测量采用的方法是否正确，测量结果是否准确；环（environmen），指产品制造过程所处的环境[5-6]。由于这5 个因素的英文首字母是M和E，所以常简称为5M1E，当产品出现质量问题时可从5M1E的6 个方面进行排查分析。

2.1 筛选可能的主要因素

对曲轴孔圆柱度加工不合格问题初步分析，见表2，排除次要因素，筛选出“机”与“料”是可能的主要因素。

表2 5M1E 分析表

2.2 进一步分析影响因素“机”、“料”

基于可能的主要因素“机”、“料”，分析刀具、夹具和工件半成品影响曲轴孔圆柱度的可能问题项，逐项排查验证，筛选出主要问题，表3 是排查验证情况。

表3 “机”、“料”排查验证情况

通过上述分析，进一步缩小问题范围，夹具压头压紧力偏大是曲轴孔圆柱度超差主要原因。

3 夹具优化与工件试切验证

根据一面两销定位原理及不共线三点确定一个平面得知夹具3 处较小定位面（可简化为3 个点）即可实现平面定位要求，因每处定位面对应着1 处压紧点，即3 处压头可实现工件压紧。压头数量较多时一方面可提高工件刚性与工件切削时可靠性，另一方面可能导致工件压紧变形，影响工件加工精度。

减少压头数量与减小压头作用压力可有效减小夹具压紧力[7]。基于夹具现状，考虑尽量减少改造内容，分层分步实施夹具压头数量优化与作用压力优化。

3.1 夹具压头数量优化

由夹具液压原理图（图4）得知，共8 处压头，4 处压头由单独油缸控制，是主压头，此油路共两处减压阀，1 处控制3 个油缸，另1 处控制1 个油缸；另外4 处压头共用1 个油缸，是辅助压头，此油路没有减压阀，但有1 处节流阀。

图4 夹具液压原理图

步骤1：保持4 处辅助压头状态不变，通过两处减压阀调低主压头油路压力，分别试验9 MPa、6 MPa、3 MPa 时工件压紧变形情况。测量方式：通过磁力表座将杠杆表固定至夹具体，使用杠杆表测量工件压紧前后第1 缸孔有无位移变化（变形量），夹具压头及位移变化测量位置见图5。试验结果：试验的3 个压力，工件压紧前后均有0.05～0.06 mm 位移变化，即工件压紧变形较严重，表明当前状态4 个辅助压头起主导作用。