發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸磨削的工藝分析

王雷 劉興

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司徐水分公司，河北 保定 071000）

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要零件之一，在發(fā)動(dòng)機(jī)五大件中屬于最難加工的零件。曲軸又是非常獨(dú)特的零件，任何其它零件的加工都不需要這么多不同的工藝，它又細(xì)又長(zhǎng)，所用材料加工性能差。其中止推面（包括止推軸頸和寬度）的精度要求也越來(lái)越高，而且止推面一個(gè)顯著特點(diǎn)就是其接觸面積比其他軸頸側(cè)面大很多，各項(xiàng)精度要求也高很多。以某轎車曲軸止推軸頸為例：止推軸頸的圓跳動(dòng)對(duì)由兩端主軸頸組成的公共軸線的圓跳動(dòng)公差為0.04，對(duì)相鄰兩軸頸的圓跳動(dòng)公差為0.02；止推頸寬度為26（+0.05/0）；止推面左側(cè)面要求對(duì)公共軸線的跳動(dòng)公差0.02，垂直度公差0.01，平面度公差0.013；止推面右側(cè)面要求平面度公差要求外凸不超過(guò)0.005，內(nèi)凹不超過(guò)0.01；止推軸頸表面粗糙度Rz1.5μm，止推面表面粗糙度Rz3μm，止推軸頸的直徑為Φ50，止推面外徑為Φ85，其面積高達(dá)單側(cè)3848mm2。在大批量生產(chǎn)的條件下，要想止推面（包括止推軸頸）達(dá)到如此高的精度，單靠普通的磨削工藝是很難實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)該使用高精度的數(shù)控磨床磨削，并且采用一系列的嚴(yán)格措施才能滿足圖紙要求。我公司現(xiàn)有數(shù)臺(tái)高精度數(shù)控曲軸磨床，在曲軸加工過(guò)程中，碰到了止推面磨削燒傷這樣的加工缺陷，雖然各方面尺寸和形狀位置公差達(dá)到了圖紙要求，但是曲軸止推面燒傷缺陷卻始終難以解決。我們通過(guò)調(diào)查研究，從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面進(jìn)行攻關(guān)，最終解決了這個(gè)問(wèn)題。

一、磨削燒傷

磨削表面質(zhì)量包括磨削表面粗糙度和磨削表面層的物理機(jī)械性能兩方面的內(nèi)容。因?yàn)槟ハ骷庸r(shí)磨粒對(duì)工件的作用包括滑擦、刻劃和切削, 并且大多數(shù)磨粒是負(fù)前角和小后角, 所以在整個(gè)磨削過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生大量的磨削熱, 使磨削區(qū)的瞬時(shí)溫度可達(dá)1000℃左右, 這樣高的溫度會(huì)使工件表面層的金組織發(fā)生變化, 造成磨削燒傷。磨削燒傷表面會(huì)出現(xiàn)黃褐、紫、青等顏色, 它是工件表面在瞬時(shí)高溫下產(chǎn)生的氧化膜顏色，是由于磨削表面在磨削熱的作用下產(chǎn)生氧化層, 并呈現(xiàn)出不同的光譜干涉色的緣故, 也就是相當(dāng)于熱處理時(shí)的回火色。磨削燒傷會(huì)破壞曲軸止推面表層金相組織,使表層金屬?gòu)?qiáng)度和硬度降低，并伴有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋，而使工件表面質(zhì)量惡化, 嚴(yán)重地影響曲軸止推面的耐磨性和使用壽命。這種磨削燒傷在砂帶拋光時(shí)無(wú)法去除，因此必須避免磨削燒傷。

二、改善磨削燒傷的途徑

磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷由兩個(gè)途徑：一是盡可能地減少磨削熱地產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生地?zé)崃可賯魅牍ぜ?。曲軸止推軸頸有較深的沉割槽，而沉割槽已在以前工序加工好，在磨削時(shí)不用磨削沉割槽，只需磨削止推軸頸和兩個(gè)止推面。在這種情況下，即使是使用成型砂輪磨削，只要使用強(qiáng)力冷卻、合理的磨削余量和選擇好砂輪參數(shù)，一般情況下可以避免磨削燒傷缺陷的出現(xiàn)。在使用窄砂輪磨削止推軸頸時(shí)，可采用的方案是：第一步，調(diào)整程序和砂輪的角度磨削，使砂輪從軸頸的右側(cè)以斜切方式進(jìn)入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；第二步，使砂輪從軸頸的左側(cè)以斜切方式進(jìn)入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；第三步，使砂輪從軸頸的中間快速切入磨削至要求尺寸，再快速推出。在上述磨削時(shí)，要應(yīng)用強(qiáng)力冷卻。至此，止推軸頸及兩側(cè)面磨削完畢。另外一種情況，曲軸止推軸頸無(wú)沉割槽，在磨削時(shí)需磨削止推軸頸和兩個(gè)止推面，另外還有兩個(gè)成型圓角。在這種情況下，即使是使用窄砂輪磨削，使用強(qiáng)力冷卻，也很難避免磨削燒傷缺陷的出現(xiàn)。下面分兩種磨削方式來(lái)分述解決方案：

（一）成型磨削

在成型磨削中，其產(chǎn)生燒傷的主要原因是磨削熱的大量積累和冷卻液無(wú)法進(jìn)入而造成的退火燒傷，退火燒傷造成曲軸止推面硬度下降，表層產(chǎn)生退火組織，止推面的耐磨性變差，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。根據(jù)其造成燒傷的主要因素，我們分別從三個(gè)方面入手：選擇合適的砂輪、選擇合理的磨削余量和改善冷卻條件。

1.選擇合適的砂輪：淬火鋼曲軸止推面硬度高，面積大，砂粒易磨鈍，為了避免砂粒磨鈍而產(chǎn)生大量磨削熱，砂輪硬度宜選軟些，以便磨鈍的砂粒及時(shí)脫落，保持砂輪的自銳性。宜選擇組織較軟的砂輪。

2.選擇合理的磨削余量和磨削參數(shù)：在生產(chǎn)實(shí)踐中, 常以提高工件速度, 減少?gòu)较蜻M(jìn)給量來(lái)減少工件表面燒傷和裂紋。有一種經(jīng)驗(yàn)為0.1mm磨削法, 即在最后加工的0.1mm 余量中, 逐漸減少進(jìn)給量, 進(jìn)給量依次為:第一次走刀進(jìn)給量為0.04mm；第二次走刀進(jìn)給量為0.03mm；第三次走刀進(jìn)給量為0.02mm；第四次走刀進(jìn)給量為0.01mm, 采用這種磨削法可以去掉前兩次磨削行程中產(chǎn)生的表面損傷層, 以減少磨削燒傷。

（二）窄砂輪磨削（砂輪寬度低于止推軸頸檔寬尺寸）

在使用窄砂輪磨削中，成型磨削中采用防燒傷措施均可應(yīng)用于此種方法的磨削中，只不過(guò)窄砂輪磨削在砂輪進(jìn)給方式上可有更多的選擇。一種是徑向切入法磨削，此種磨削如調(diào)整不當(dāng)可造成前文所述的喇叭口形狀；一種是斜切方式磨削，也是前文所述的磨削方式，即第一步，使砂輪從軸頸的右側(cè)以斜切方式進(jìn)入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；第二步，使砂輪從軸頸的左側(cè)以斜切方式進(jìn)入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；第三步，使砂輪從軸頸的中間快速切入磨削至要求尺寸，再快速推出。其工序磨削余量和冷卻方式與成型磨削采用一致的參數(shù)。

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸止推面一個(gè)顯著特點(diǎn)就是面積比其他軸頸大很多，其磨削燒傷是普遍存在的缺陷，尤其是成型磨削。解決磨削燒傷缺陷屬行業(yè)難題。本文從生產(chǎn)實(shí)踐和借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料提出的解決磨削燒傷的辦法，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化工藝參數(shù)有一定的幫助，希望能給業(yè)界同仁提供有益的幫助，也希望對(duì)不足之處提出批評(píng)指正。