曲軸軸頸中鼓度加工方法與工藝分析

張日升

遼寧五一八內(nèi)燃機(jī)配件有限公司 遼寧丹東 118009

1 序言

目前部分曲軸有軸頸中鼓度要求，例如圖1所示中鼓度要求0mm≤d2－（d1＋d3）/2≤0.01mm。曲軸軸頸中鼓度的作用是保證內(nèi)燃機(jī)運(yùn)作時，曲軸軸頸與軸瓦之間有足夠縫隙儲存潤滑油，防止產(chǎn)生摩擦而導(dǎo)致“抱瓦”“燒瓦”。軸頸中鼓度技術(shù)要求較高，是生產(chǎn)中的技術(shù)難點(diǎn)。下面介紹幾種常用的曲軸軸頸中鼓度加工工藝。

圖1 曲軸軸頸中鼓度示意

2 成形切入式磨削工藝

成形切入式磨削是業(yè)內(nèi)常用的曲軸軸頸中鼓度加工方法，需要有數(shù)控砂輪修整器的磨床配合普通剛玉砂輪完成。設(shè)備型號為豐田GVA80×320數(shù)控頸磨床，砂輪型號為700×120×R6.9-A46N5V35。工藝流程：根據(jù)產(chǎn)品尺寸計(jì)算砂輪凹形狀調(diào)整量→修整砂輪兩側(cè)面→修整砂輪R角→修整砂輪凹形外圓→切入曲軸軸頸進(jìn)行磨削[1]。

（1）計(jì)算砂輪凹形狀調(diào)整量 豐田數(shù)控頸磨床鼓形量采用將理論砂輪凹形半徑輸入機(jī)床方式，其可輸入最大值為99999。砂輪凹形半徑需人工根據(jù)已知擋寬與半徑方向中鼓度值繪圖測量。以圖1所示尺寸為例，使用CAD繪圖，將目標(biāo)中鼓度設(shè)定為半徑方向0.003mm，可得砂輪凹形理論半徑為280900mm（見圖2），超出機(jī)床可設(shè)定極限。

圖2 計(jì)算砂輪凹形狀調(diào)整量

（2）調(diào)整砂輪凹形半徑后直線度圖像 砂輪凹形狀調(diào)整量按最大調(diào)整極限設(shè)定后，使用ADCOLE曲軸綜合測量儀檢驗(yàn)直線度圖像如圖3所示，可以看到未形成明顯的鼓形輪廓，半徑方向中鼓度為0.001mm，在公差范圍內(nèi)。

圖3 成形切入式磨削后的直線度圖像

成形切入式磨削的優(yōu)勢在于使用普通剛玉砂輪加工，成本較低；劣勢是受曲軸擋寬尺寸影響，如按圖1所示尺寸，則理論砂輪凹形半徑已超出機(jī)床調(diào)整極限，且因剛玉砂輪磨粒脫離量較大，影響砂輪凹形，故導(dǎo)致中鼓度不可控。

3 成形切入跟蹤磨削工藝

成形切入跟蹤磨削工藝的特點(diǎn)是砂輪修整和磨削過程都采用計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）技術(shù)[2]，多次進(jìn)刀完成磨削，僅有少數(shù)高端外圓磨床有此功能。此加工工藝需要有數(shù)控磨床配合CBN砂輪完成。設(shè)備型號為勇克JUCRANK 6XL 10-10數(shù)控磨床，砂輪型號為700×119×R6.9-CBN。工藝流程：機(jī)床輸入砂輪凹形狀調(diào)整量（0.003mm）→修整砂輪兩側(cè)面→修整砂輪R角→修整砂輪凹形外圓→切入軸頸擋寬左側(cè)（余量0.05mm）→退刀→切入軸頸擋寬右側(cè)（余量0mm）→光刀兩圈→橫磨拉刀到軸頸擋寬左側(cè)。

調(diào)整砂輪凹形半徑后，使用ADCOLE曲軸綜合測量儀檢驗(yàn)直線度圖像如圖4所示，可以看到形成了明顯的鼓形輪廓，半徑方向中鼓度為0.003mm，在公差范圍內(nèi)。

圖4 成形切入跟蹤磨削后的直線度圖像

成形切入跟蹤磨削的優(yōu)勢在于使用CBN砂輪，具有更佳的切削能力，不易因砂輪磨粒脫離而影響中鼓度，且勇克磨床中鼓度參數(shù)調(diào)整不受擋寬影響；劣勢在于成形切入跟蹤磨削使用的功能機(jī)床都較昂貴，如每條生產(chǎn)線均配置一臺則成本極高。

4 中鼓度砂帶拋光工藝

中鼓度砂帶拋光工藝的特點(diǎn)是在拋光工序使用一種中鼓度加工專用砂帶，精磨主軸連桿工序不進(jìn)行中鼓度調(diào)整。

4.1 中鼓度拋光砂帶結(jié)構(gòu)

中鼓度砂帶結(jié)構(gòu)如圖5所示，背基材料是聚酯薄膜，磨料組成是氧化鋁[3]。常規(guī)砂帶與中鼓度砂帶的對比如圖6所示，不同點(diǎn)在于中鼓度砂帶具有均勻排布的橢圓形排屑槽。橢圓形排屑槽的長度l1控制中鼓度輪廓軸向長度，橢圓間距l(xiāng)3控制中鼓度大小。

圖5 中鼓度砂帶結(jié)構(gòu)

圖6 常規(guī)砂帶與中鼓度砂帶的對比

4.2 用于匹配中鼓度砂帶的拋光瓦結(jié)構(gòu)

為了匹配中鼓度砂帶，拋光瓦聚氨酯膠塊需要增大接觸面積（見圖7），保證砂帶上橢圓形排屑槽能完全涵蓋。

圖7 匹配中鼓度砂帶的增大接觸面拋光瓦

4.3 砂帶型號及拋光參數(shù)

設(shè)備型號為2MG4436數(shù)控拋光機(jī)，砂帶型號為40μm聚酯薄膜鼓形砂帶，工裝為增大接觸面拋光瓦。拋光參數(shù)：正轉(zhuǎn)20圈，轉(zhuǎn)速40r/min，不進(jìn)行竄動；正轉(zhuǎn)20圈，竄動速度2800mm/s，竄動量4mm，轉(zhuǎn)速40r/min。

4.4 拋光效果

砂帶拋光前后ADCOLE曲軸綜合測量儀檢驗(yàn)直線度圖像對比如圖8所示。

圖8 砂帶拋光前后直線度圖像對比

中鼓度砂帶拋光工藝的優(yōu)勢在于不需要精磨軸頸工序?qū)χ泄亩冗M(jìn)行特別加工，可節(jié)約為修整凹形砂輪而產(chǎn)生的砂輪損耗，適用于精磨軸頸工序使用較落后非CNC機(jī)床的生產(chǎn)線，可有效節(jié)約砂輪和機(jī)床更換成本；劣勢是不同規(guī)格產(chǎn)品需要制造不同規(guī)格的中鼓度砂帶和匹配中鼓度砂帶的拋光瓦，且因制造工藝原因?qū)е轮泄亩壬皫л^正常砂帶價格有所增加，故拋光成本有所增加。

5 中鼓度拋光瓦拋光工藝

5.1 中鼓度拋光瓦結(jié)構(gòu)

中鼓度拋光瓦（見圖9）結(jié)構(gòu)與正常拋光瓦最大的不同點(diǎn)，是中鼓度拋光瓦膠塊與砂帶接觸面設(shè)計(jì)有兩個半圓形凹槽，原理上與中鼓度砂帶相似，都是采用軸頸兩側(cè)砂帶接觸面積多于中間的方式，保證擋寬兩側(cè)拋光去除量更多，使軸頸形成鼓形。

圖9 中鼓度拋光瓦

5.2 砂帶型號及拋光參數(shù)

設(shè)備型號為2MG4436數(shù)控拋光機(jī)，砂帶型號為40μm聚酯薄膜常規(guī)砂帶，工裝為中鼓度拋光瓦。拋光參數(shù)：正轉(zhuǎn)20圈，轉(zhuǎn)速40r/min，不進(jìn)行竄動；正轉(zhuǎn)20圈，竄動速度2800mm/s，竄動量4mm，轉(zhuǎn)速40r/min。

5.3 拋光效果

拋光瓦拋光前后ADCOLE曲軸綜合測量儀檢驗(yàn)直線度圖像對比如圖10所示。

圖10 拋光瓦拋光前后直線度圖像對比

中鼓度拋光瓦拋光工藝的優(yōu)勢在于不需要精磨軸頸工序?qū)χ泄亩冗M(jìn)行特別加工，同時不對砂帶進(jìn)行改制，拋光后也可以達(dá)到與鼓形砂帶同等的效果，成本優(yōu)勢較其他工藝方法最為明顯。

6 結(jié)束語

上述4種加工曲軸中鼓度的工藝方法，有著各自的優(yōu)勢和劣勢，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)生產(chǎn)線設(shè)備情況和中鼓度要求的公差進(jìn)行靈活調(diào)整，兼顧效率、成本和質(zhì)量，選擇合適的加工方法，即可加工出滿足客戶要求的產(chǎn)品。

專家點(diǎn)評

文章觀點(diǎn)明確、思路清晰，亮點(diǎn)是加工方法的優(yōu)劣分析，富有辯證的邏輯思維。分別從效率、成本和質(zhì)量角度出發(fā)，詳細(xì)闡述了曲軸頸中鼓度4種加工方法的工藝流程及設(shè)備參數(shù)，通過曲軸綜合測量儀檢驗(yàn)直線度圖像，得出不同加工方法的優(yōu)勢和劣勢。實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)生產(chǎn)條件和產(chǎn)品要求進(jìn)行靈活調(diào)整，取長補(bǔ)短，解決生產(chǎn)中的技術(shù)難點(diǎn)問題，具有很好的實(shí)用性。