一種用于曲軸圓角滾壓的滑架平衡機構

陳繼紅 林文學

(湖北職業(yè)技術學院，湖北 孝感 432000)

一種用于曲軸圓角滾壓的滑架平衡機構

陳繼紅 林文學

(湖北職業(yè)技術學院，湖北 孝感 432000)

介紹了一種滑架平衡機構，應用于曲軸滾壓機滾壓曲軸圓角時，可消除滾壓過程中在曲軸拐角兩側產(chǎn)生的不平衡壓力及扭矩，保證曲軸滾壓機的工作穩(wěn)定性，提高曲軸滾壓的生產(chǎn)精度，降低曲軸滾壓的廢品率。

曲軸；圓角；滾壓；滑架

曲軸在發(fā)動機內是一個高速旋轉的長軸，是發(fā)動機中的主要零件之一，在發(fā)動機五大件中是最難保證加工質量的零件。曲軸工作過程中工況條件惡劣，其失效形式一般是軸頸磨損和疲勞斷裂。疲勞斷裂往往是破壞性的，涉及安全方面，引起高度關注。曲軸圓角滾壓強化工藝是提高曲軸疲勞強度最有效的手段之一，是實現(xiàn)曲軸“以鐵代鋼”的關鍵工藝[1]。

1 曲軸圓角滾壓強化機理分析

曲軸圓角滾壓加工就是曲軸圓角表面處在液壓輪的壓力影響下，其表面產(chǎn)生塑性變形，圓角表面的組織結構及形狀會改變，使曲軸圓角處的組織緊密，晶粒拉長變細，從而在曲軸圓角表層內出現(xiàn)殘余壓應力，可與曲軸在工作時的拉應力抵消或部分抵消，從而提高疲勞強度；使得金屬表層產(chǎn)生冷作硬化現(xiàn)象，滾壓后圓角表層為一高硬度致密層，材料表面得到了強化；消除曲軸表面顯微針孔和裂紋、氣孔等鑄造缺陷；圓角滾壓可使圓角表面粗糙度達到Ra0.2 μm以下，從而極大減小了軸頸過渡圓角處的應力集中，加強了圓角處的材料物理性能，顯著提高了曲軸疲勞強度。[2]

2 曲軸圓角滾壓的工藝過程

曲軸圓角滾壓一般是利用裝在滾壓臂上的滾壓頭對曲軸的各主軸頸和連桿頸圓角進行滾壓，在曲軸圓角滾壓機上實現(xiàn)。滾壓開始前，機床的夾鉗機構實現(xiàn)對曲軸各軸頸的夾緊和加壓控制，滾動時，電動機帶動機床頭架控制曲軸的旋轉轉速和圈數(shù)，完成對曲軸各軸頸的滾壓過程。該類滾壓夾鉗機構的工作原理是，滾壓頭和支撐頭通過加壓油缸夾緊曲軸軸頸,機構同時有兩個滾壓夾鉗工作，分別對曲軸的主軸頸和連桿頸施加壓力，曲軸跟隨著頭架的轉動繞曲軸軸線旋轉，這樣連桿頸滾壓鉗與曲軸連桿、機架組成一個曲軸搖桿機構，連桿頸滾壓鉗隨動，而主軸頸滾壓鉗夾緊主軸頸不需要隨動，分別完成對兩軸頸的滾壓，然后滾壓鉗松開曲軸軸頸并通過滑架后退和橫移，再通過曲軸的旋轉調整好曲軸軸頸位置后，滾壓鉗前進到加工位置并夾緊下一對主軸頸和連桿頸進行滾壓，如此反復，直到滾壓完曲軸所有主軸頸和連桿頸[3]。

3 一種用于曲軸圓角滾壓的滑架平衡機構

3.1 改進前曲軸圓角滾壓強化加工工藝存在的不足

從上述曲軸圓角滾壓的工藝過程中可以看出，曲軸圓角滾壓機在滾壓曲軸兩側拐角成型的過程中，由于曲軸兩側拐角處在前道工序的尺寸誤差與形狀誤差，在滾壓時兩側圓角對滾壓機滑架的反作用力會不一致，從而兩側壓力不平衡對滑架形成扭轉力，而滑架與直線軸承副相連，滑架長時間反復滑動后，直線軸承副有可能產(chǎn)生損傷而導致無法運動。目前國內外市場上已存在的曲軸滾壓機產(chǎn)品，大多數(shù)都沒有消除滑架受到的扭力的平衡機構，為消除上述隱患，在曲軸滾壓機中設計了一種克服上述不足，同時實用可靠的平衡裝置即滑架平衡機構(見圖1)，對曲軸滾壓機的加工穩(wěn)定性、防止?jié)L壓彎曲變形的產(chǎn)生等具有較大的現(xiàn)實意義。

3.2 新型滑架平衡機構設計

新型滑架平衡機構結構如圖1，直線軸承副5裝在前橫架12上，前橫架12裝在機床床身13上，銷座6固定在曲軸滾壓機滑架4上。定位座10可在前橫架12的槽內移動調整以對正擺座8和鋼球3，調整后由鎖緊螺母11鎖緊固定。擺座8與定位座10通過圓柱銷9相連。擺座8內裝有內六角螺母1、彈簧2、鋼球3，內六角螺母1通過擰入或擰出對彈簧2進行預壓，同時將鋼球3頂在定位座10上表面，并使擺座8處于左右高低一致的狀態(tài)。工作中擺座8可一定程度上自動消除滑架所受扭力。銷座6上的圓柱銷7卡在擺座8上的矩形槽內。

該滑架平衡機構的工作原理是：滑架工作時所受扭轉力傳遞給擺座，擺座繞圓柱銷9的軸線輕微轉動，使左右彈簧受力，彈簧力可抵消擺座偏轉產(chǎn)生的扭力，并可在一定程度上驅使擺座復位，另外可通過調節(jié)左右內六角螺母，預調彈簧壓緊力。

4 結語

實際制造和使用表明，本曲軸滾壓機滑架平衡機構，結構簡單、安裝方便，調整快速，性能可靠的特點。應用于曲軸滾壓機滾壓曲軸圓角時，可以抵消由于滾壓鉗架受力不均而傳遞給滑架的扭矩(最大可抵消1 000 N·m的扭矩)，使滑架受力平衡，進而使工件的集中應力程度得到有效降低，從而提高曲軸滾壓的生產(chǎn)精度(使?jié)L壓后的0.8 m長的六缸曲軸的整體彎曲變形<0.03 mm)，降低曲軸滾壓的廢品率(廢品率<0.5%)，同時能保證曲軸滾壓機的工作穩(wěn)定性(在每3分鐘1根的生產(chǎn)節(jié)拍下，連續(xù)滾壓10 000根曲軸無故障)，提高了使用壽命。該結構及其各種變型已獲國家發(fā)明專利(實用新型專利號ZL2014 2 0149774.6)。

[1]李海國等.球鐵曲軸圓角滾壓強化工藝[J].中國重型裝備，2010(4)：27-28.

[2]郭威 . 曲軸圓角滾壓強化技術綜述[J].硅谷,2015(2)：167-168.

[3]李雄. 新型曲軸圓角滾壓機夾鉗的設計及結構的研究[D].武漢：武漢理工大學, 2012.

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A kind of carriage equilibrium mechanism for crankshaft fillet rolling

CHEN Jihong, LIN Wenxue

(Hubei Polytechnic Institute, Xiaogan 432000, CHN)

In this article, one kind of carriage equilibrium mechanism is introduced. When roller milling is used in crankshaft fillet rolling, unbalanced pressure and torque, which is generated during the crankshaft rolling at the bilateral sides of the crankshaft corner, could be eliminated. As a result, the operational stability of the roller mill is guaranteed and the production precision of crankshaft rolling is enhanced. And the rate of spoiled crankshaft rolling is reduced as well.

crankshaft; fillet; rolling; carriage

TH12

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.09.032

陳繼紅，男，1966年生，副教授，主要研究機械制造技術及加工工藝。擁有二項國家實用新型專利，已發(fā)表論文20余篇。

?茂) (

2016-04-19)

160937