某曲柄塊加工工藝研究

鄧文星，閆佳佳，韓利萍，李世溫，周 斌

(山西航天清華裝備有限責任公司 工藝處，山西 長治 046000)

0 引言

曲柄塊是某產品的關鍵件，由于該零件材料去除量大，加工完成后僅有一處連接部位(12 mm×5 mm)，導致產品在加工后因應力釋放產生嚴重變形。另外，該零件去除余量大，刀具消耗大，與目前推行的精益生產理念不符。故急需改善生產條件，解決質量不穩定的矛盾，滿足批量生產和提升效率的要求。

1 零件工藝分析

某曲柄塊結構示意圖如圖1所示。

圖1 曲柄塊結構示意圖

曲柄塊材料為40Cr低溫合金鋼，結構較復雜、加工面較多，機械加工勞動量大。主要特征有頂部兩處斜面、中間深度為90 mm的槽、曲柄兩側寬度分別為12 mm和20 mm的槽以及各孔。工藝風險主要是頻繁裝夾和對刀造成誤差累積，特別是中間連接部位只有12 mm×5 mm，應力釋放導致工件變形，產品質量難以保證。

2 零件加工技術方案

2.1 刀具選擇

銑削加工時都期望提高材料去除率，以往常用刀具為D50方肩盤銑刀[1]，因其采用大切深大切寬來滿足材料去除率的要求，所以加工效率高。然而，在此產品進行開粗時，因材料硬度較高，采用方肩銑加工時，易導致刀具和工件接觸時間長、切削溫升快、刀具顫動大，加工過程不穩定，進而影響刀具使用壽命，增加了刀具成本，降低了加工效率，因此不選用該類型刀具進行開粗。本次加工采用D20硬質合金銑刀，該刀具具有硬度高、耐磨、強度和韌性好等優點[2]。

2.2 加工工序優化

通過對加工工序進行調整，重新設定加工方案，先將圓棒料進行粗加工再進行調質處理，以滿足熱處理性能，同時消除大部分加工內應力[3]。優化前主要加工工序如表1所示，優化后主要加工工序如表2所示。

表1 優化前主要加工工序

表2 優化后主要加工工序

3 方案應用情況

根據實際加工機床類型，在UG軟件機床庫中調用匹配的機床型號，并將工件安裝在工件臺上，根據實際加工環境創建刀具夾持器[4]，生成機床仿真切削加工軌跡，如圖2、圖3所示，加工過程如圖4、圖5所示。

圖2 窗口刀軌1 圖3 窗口刀軌2

圖4 加工過程1 圖5 加工過程2

通過NX軟件模擬窗口加工刀路以及實際產品驗證，窗口加工效果良好，表面光滑，圓角過渡自然。

通過調整加工工藝，重新設定加工方案，更換切削刀具，并采用動態銑削替代原始加工方法，最終使生產效率提高4倍以上，產品一次交驗合格，產品質量得到了保證。最終成品如圖6所示。

圖6 實際加工最終成品

4 結語

采用新的加工方案，通過合理布置工藝路線，減少了異形零件裝夾及找正次數，縮短了加工時間。采用三維建模提供理論模型、CAXA數控編程規范走刀路徑，同時對刀具及參數進行優化，有效地解決了異形零件質量不穩定、加工變形的難題。不僅提升了加工效率、降低了加工成本，而且使產品質量得到了更好的保證。