遼寧五一八內(nèi)燃機(jī)配件有限公司 (丹東 118009)李 坤

我公司是國(guó)內(nèi)大馬力發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和商品模鍛件的專業(yè)生產(chǎn)廠，年產(chǎn)各種型號(hào)的成品曲軸60 萬(wàn)根。近年來(lái)隨著對(duì)曲軸產(chǎn)品毛刺在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的影響越來(lái)越重視，如何控制和去除曲軸油道孔內(nèi)的毛刺問(wèn)題，已經(jīng)變成我們現(xiàn)在必須要解決的問(wèn)題。

1.曲軸油道孔去毛刺的必要性

曲軸油道孔內(nèi)的毛刺若在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中脫落，將會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)重的甚至造成曲軸軸頸燒瓦抱軸導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

我廠在近幾年的生產(chǎn)中因?yàn)闆](méi)有對(duì)曲軸油孔內(nèi)的毛刺引起重視，發(fā)生了多起因?yàn)橛偷揽變?nèi)毛刺去除不凈造成的曲軸軸頸抱軸燒瓦的事件發(fā)生。經(jīng)過(guò)拆機(jī)檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)大量殘余毛刺和切屑聚集在油道孔口處。后來(lái)通過(guò)使用內(nèi)窺鏡對(duì)油道孔內(nèi)進(jìn)行檢查，確認(rèn)這些導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障的雜質(zhì)來(lái)源于油孔內(nèi)未去除干凈的毛刺和熱處理后產(chǎn)生的氧化皮。這些潛在失效因素在曲軸裝機(jī)后，在柴油機(jī)惡劣的工作環(huán)境下隨著油壓循環(huán)沖刷相繼脫落，聚集到油道孔口位置后，影響軸瓦與軸頸之間的配合面和潤(rùn)滑油膜的正常形成，當(dāng)雜質(zhì)聚集達(dá)到容許極限后，導(dǎo)致曲軸抱軸燒瓦引起發(fā)動(dòng)機(jī)故障。發(fā)動(dòng)機(jī)廠不得不召回采用本批次曲軸裝配的全部柴油機(jī)，重新去毛刺并清洗后，再重新裝機(jī)，并要求未裝機(jī)的曲軸全部返廠修整，并賠償其損失。

由此可以看出，在曲軸生產(chǎn)流程中采用傳統(tǒng)的去毛刺處理及控制檢測(cè)手段，是無(wú)法保證油道孔內(nèi)毛刺被徹底清除干凈的。因此，我們必須采取更有效的工藝方法，通過(guò)嚴(yán)格的生產(chǎn)和檢測(cè)手段，確保每一件產(chǎn)品出廠時(shí)油道孔內(nèi)毛刺必須符合發(fā)動(dòng)機(jī)廠要求，這也是進(jìn)一步提高曲軸產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

2.曲軸油道孔毛刺的形成

目前不同型號(hào)的曲軸其油道孔的結(jié)構(gòu)往往是不同的，圖1、圖2 是幾種比較常見(jiàn)的油道孔結(jié)構(gòu)。

圖1

圖2

從圖中可以看到，這兩種常見(jiàn)類(lèi)型的油道孔相交方式均是由位于軸頸上與軸頸軸向垂直的直油道孔和從連桿頸或者曲柄臂表面與主軸頸軸向成一定角度的方向鉆入的斜油道孔共同組成曲軸油道系統(tǒng)。以圖1、圖2 中兩種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)為例，曲軸油道孔毛刺的形成位置主要是在鉆削油道孔時(shí)，斜油道孔與直油道孔相交處的銳邊上。談到這里，有必要在此說(shuō)明一下油道孔的加工過(guò)程。

在生產(chǎn)過(guò)程中，油道孔通常是通過(guò)鉆頭從軸頸表面一次性鉆成的，而且一般采用的鉆削順序是先鉆削直油道孔然后再鉆削斜油道孔，基于這樣的鉆削方式，毛刺的方向也往往是在斜油道孔與直油道孔交叉處朝向直油道孔內(nèi)的。因?yàn)槭倾@削成形，所以鉆頭的刃磨就非常重要，如果鉆頭刃磨不好，油道孔內(nèi)壁表面粗糙度就會(huì)很高，甚至在鉆屑的影響下會(huì)造成孔壁劃傷，導(dǎo)致孔壁表面也產(chǎn)生毛刺。

在采用數(shù)控設(shè)備如高速鉆床或槍鉆加工時(shí)，因?yàn)榍S的尺寸問(wèn)題，導(dǎo)致鉆頭鉆到相交處時(shí)并未完全鉆透，殘留的薄壁部分在傳統(tǒng)方法修整后，仍有飛邊殘留，給發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)運(yùn)行帶來(lái)隱患。還有一點(diǎn)不可忽視的是，在曲軸鉆完油道孔，進(jìn)行熱處理后，油道孔內(nèi)還會(huì)形成一些氧化皮附著在孔壁表面，這些氧化皮若不清除干凈，會(huì)和毛刺一樣，在曲軸進(jìn)行最終的清洗時(shí)，正常的毛刷刷洗和高壓風(fēng)槍吹氣是不容易被去除的。

由此看來(lái)，在最終清洗前去除油道孔內(nèi)毛刺和氧化皮等雜質(zhì)，是曲軸加工工藝必須要解決的一個(gè)重要問(wèn)題，也是一個(gè)關(guān)鍵性的工序，不能忽視。

3.傳統(tǒng)的曲軸油道孔內(nèi)部交接處去毛刺的方法

目前曲軸的油道孔加工方法正如之前所述的那樣，先鉆削直油道孔，再鉆削斜油道孔，并且大多數(shù)是一次鉆成的。而曲軸油道孔內(nèi)部相交處去毛刺的傳統(tǒng)方法是在鉆完油道孔后，使用長(zhǎng)柄旋轉(zhuǎn)銼對(duì)油道孔內(nèi)相交處的毛刺進(jìn)行人工清除，然后用風(fēng)槍吹凈孔內(nèi)雜質(zhì)，并使用內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)毛刺殘留需要重新進(jìn)行清除處理，直至使用內(nèi)窺鏡檢查確認(rèn)毛刺被除凈為止。

表面看來(lái)，這樣的方法操作起來(lái)簡(jiǎn)便易行，但是實(shí)際上的效果不盡人意，而且因?yàn)槭遣捎玫男D(zhuǎn)銼進(jìn)行修整，該工具的作用原理類(lèi)似于切削原理，在實(shí)際中很容易出現(xiàn)毛刺在油道孔交接處兩側(cè)交替出現(xiàn)，需要反復(fù)修整才能將毛刺清除干凈，這不僅降低了生產(chǎn)效率，而且工人在長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)后容易疲勞，不利于修整質(zhì)量的穩(wěn)定保證;同時(shí)在內(nèi)窺鏡檢查時(shí)也可能造成因疲勞導(dǎo)致的漏判現(xiàn)象，使得不良品流入后續(xù)工序，也有可能流入發(fā)動(dòng)機(jī)廠裝配出售而帶來(lái)質(zhì)量隱患。鑒于這些問(wèn)題的存在，采取更可靠、更高效的方法對(duì)油道孔內(nèi)部交接處的毛刺進(jìn)行去除勢(shì)在必行。

4.電解去毛刺方法的原理

電解去毛刺加工是利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽(yáng)極溶解的原理去除工件上多余材料的一種加工方法。將工具陰極(一般用黃銅)固定放置在工件有毛刺的部位附近，兩者相距一定的間隙(一般為0.3～1mm)。工具陰極的導(dǎo)電部分對(duì)準(zhǔn)毛刺棱邊，其他表面用絕緣層覆蓋起來(lái)，使電解作用集中在毛刺部分如圖3 所示。

圖3

加工時(shí)工具陰極接直流電源負(fù)極，工件接直流電源正極。壓力為0.1～0.3MPa 的低壓電解液(一般用硝酸鈉或氯酸鈉水溶液)流過(guò)工件與陰極之間。當(dāng)接通直流電源后，毛刺便產(chǎn)生陽(yáng)極溶解而被去除，被電解液帶走。電解液有一定腐蝕性，工件去毛刺后應(yīng)經(jīng)過(guò)清洗和防銹處理。電解去毛刺適用于去除零件中隱蔽部位交叉孔或形狀復(fù)雜零件的毛刺，生產(chǎn)效率高，去毛刺時(shí)間一般只需幾秒至幾十秒。

5.電解去毛刺方法的特點(diǎn)

電解去毛刺方法與傳統(tǒng)人工去毛刺方法比較具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

(1)作為電化學(xué)加工一種特殊的應(yīng)用形式，它對(duì)加工工件無(wú)機(jī)械作用力，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化，適合去除高硬度、高韌性金屬零件的毛刺，可以在工件的特定部位進(jìn)行限定加工。

(2)對(duì)于手工難以處理、可達(dá)性差的復(fù)雜內(nèi)腔部位，尤其是交叉孔相貫線的毛刺，利用電化學(xué)去毛刺有著明顯的優(yōu)勢(shì)。

(3)電化學(xué)去毛刺對(duì)加工棱邊可取得較高的邊緣均一性和良好的表面質(zhì)量，具有去除毛刺效果好、安全可靠、高效等優(yōu)點(diǎn)，一般情況和傳統(tǒng)工藝相比，效率可提高10 倍以上。

(4)由于加工過(guò)程中無(wú)切削力和切削熱的作用，所以不會(huì)對(duì)曲軸油道孔內(nèi)表面產(chǎn)生受力變形或熱變形以及殘余應(yīng)力、金相組織的變化，以及毛刺、刀痕和飛邊等問(wèn)題。

(5)加工表面粗糙度一般為Ra=0.8～0.2μm。工具陰極在加工過(guò)程中基本無(wú)損耗，可以長(zhǎng)期使用。

6.電解去毛刺方法的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中由于電解去毛刺方法受限于工具陰極與工件毛刺部位的間隙要求，所以往往在實(shí)際應(yīng)用中與傳統(tǒng)人工去毛刺方法結(jié)合使用，并且在電解加工后要立即進(jìn)行清洗以防止銹蝕發(fā)生。

我廠在引入電解法去毛刺初期，由于經(jīng)驗(yàn)少，走了很多“彎路”。最初設(shè)定在曲軸油道孔被加工完成后用風(fēng)槍將孔內(nèi)切屑吹凈，然后配合圓銼在電解加工前對(duì)孔內(nèi)毛刺及較大毛邊進(jìn)行粗處理以滿足電極與工件毛刺部位的間隙要求。

但是這一工藝方案很快被否決，原因在于在應(yīng)用中人工用圓銼無(wú)法順利去除粘連較大的飛邊，在生產(chǎn)時(shí)陰極與飛邊接觸發(fā)生短路燒損，熔化后的銅電極與工件凝結(jié)在一起形成硬結(jié)，嚴(yán)重影響油道孔內(nèi)表面質(zhì)量及油道孔內(nèi)尺寸。

經(jīng)過(guò)調(diào)整，最后確定了采用手工修整與電解法相結(jié)合的方式，其目的在于利用手工修整保證電極與曲軸油道孔內(nèi)毛刺表面間隙符合要求，不會(huì)發(fā)生電極與毛刺接觸而造成電極短路燒損的問(wèn)題。

上面提到，熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的氧化皮也會(huì)造成油道孔內(nèi)雜質(zhì)過(guò)多的問(wèn)題，在電解法應(yīng)用調(diào)試過(guò)程中，我廠也遇到了相關(guān)問(wèn)題，現(xiàn)象是熱處理后孔壁表面的氧化皮附在孔壁上，而且很多時(shí)候是位于油道孔交接處，在進(jìn)行電解生產(chǎn)時(shí)，由于電解液的沖刷而脫落，當(dāng)氧化皮隨著電解液流動(dòng)到電極作用位置時(shí)，氧化皮與電極接觸將工件與電極連通造成短路，電極燒損，油道孔壁燒傷。

原因找到后我們對(duì)電解工序做了調(diào)整，安排在鉆油道孔之后、熱處理之前進(jìn)行，以避免氧化皮影響。

電解法去毛刺還有一個(gè)不可忽視的環(huán)節(jié)，就是電解后的清洗處理。由于電解產(chǎn)物是鐵的氫氧化物，該類(lèi)物質(zhì)較粘稠，如果不在完成電解生產(chǎn)后立即進(jìn)行清洗，它們很快就會(huì)吸附在油道孔上難以去除，若該物質(zhì)殘留時(shí)間超過(guò)1 天，可能會(huì)引起孔壁內(nèi)銹蝕的發(fā)生，因此，在電解生產(chǎn)后的清洗非常重要，我廠在生產(chǎn)中嘗試了很多方法來(lái)保證孔內(nèi)殘留物質(zhì)的清洗，最終我們確定按照高壓水流沖洗并伴隨油道孔毛刷刷洗的工藝方法，這樣既可以保證效率，也可以確保孔內(nèi)殘留物質(zhì)被清除干凈。

7.電解法在應(yīng)用中的注意問(wèn)題

(1)生產(chǎn)前孔內(nèi)殘留毛刺大小和方向:確保在陰極插入到油道孔內(nèi)工作位置后不會(huì)與毛刺發(fā)生接觸，以免短路燒損曲軸油道孔內(nèi)壁和銅電極。

(2)生產(chǎn)前確保油道孔內(nèi)無(wú)切屑及其他導(dǎo)電雜質(zhì)。

(3)檢查設(shè)備電路及電極手柄包括電解液是否正常供給。

(4)調(diào)整電解液供給壓力在0.1～0.3MPa 之間，實(shí)際中根據(jù)電解生產(chǎn)時(shí)油道孔噴出電解液的水流狀態(tài)調(diào)整電解液供給壓力。

(5)電解液的配比:按照質(zhì)量密度5%的比例配置硝酸鈉電解液，并在添加電解液前清理干凈電解液水槽以及過(guò)濾泵上附著的污物。

(6)視電解液渾濁程度及時(shí)更換，保證電解液有效性。一般按照一班制生產(chǎn)六缸曲軸每1 周左右需要更換一次電解液。

(6)電解設(shè)備參數(shù)設(shè)定，根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的特性調(diào)整電解壓力和電解時(shí)間，但時(shí)間設(shè)置不宜過(guò)長(zhǎng)，以避免水流沖刷過(guò)程中將打掉的毛刺或者其他到點(diǎn)雜質(zhì)帶到電極上，導(dǎo)致電極與曲軸連通造成短路。

(7)電極插入油道孔前確認(rèn)電極連接牢固，發(fā)現(xiàn)電極松動(dòng)及時(shí)調(diào)整。

(8)電極銅柱表面若出現(xiàn)燒損及時(shí)更換，否則一旦電極銅柱短路可能由此引起手柄銅芯一并燒損。

(9)電解生產(chǎn)完畢，立即將曲軸放入清洗設(shè)施中清洗，確保曲軸表面及油道孔內(nèi)部被清洗充分，避免熱處理后非加工表面產(chǎn)生銹蝕。