淺談在磨削工藝中鑄鐵曲軸的油線及重心對其圓柱度的影響

摘 要：磨削工藝廣泛應(yīng)用于各類機(jī)加工領(lǐng)域，是目前制造業(yè)中的基本工藝技術(shù)。本文結(jié)合生產(chǎn)中實(shí)際發(fā)生的鑄鐵曲軸磨削后圓柱度超差的問題，分析潛在的影響因素，并通過一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析出改善方案，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：磨削；鑄鐵曲軸；圓柱度

0 引言

在曲軸加工過程中，磨削工藝是其中最重要的一環(huán)。它確保最終產(chǎn)品能夠滿足圖紙中對尺寸、圓柱度、粗糙度、平行度等一系列形位公差的要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，圓柱度水平長期存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致曲軸廢品率高，提高了生產(chǎn)成本，并且需要增加過程監(jiān)控檢測頻次來保證不合格工件不會流入到后序，導(dǎo)致增加人力成本的同時加大了監(jiān)控難度。因此需要分析此問題發(fā)生的原因，制定合適的改善方案。

1 曲軸圓柱度的測量

圓柱度是圓柱體圓度和素線直線度的綜合，因此圓柱度一般是在圓度儀上附加能沿被測圓柱體軸向運(yùn)動的精密直線導(dǎo)軌、電子計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的程序來測量的。測量時，長度傳感器的測頭沿精密直線導(dǎo)軌測量被測圓柱體的若干界面。如圖1所示，在生產(chǎn)過程中，設(shè)備通過測量曲軸上點(diǎn)、中點(diǎn)以及下點(diǎn)的圓度，再結(jié)合應(yīng)用程序計(jì)算得出曲軸圓柱度。

2 曲軸圓柱度數(shù)據(jù)采集及分析

為了觀察曲軸圓柱度的水平，選取一臺無心磨床，取不同時段加工的工件。每天取10件，共進(jìn)行10天，匯總這100件曲軸的圓柱度情況。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)：（圓柱度、圓度值單位為μm）

曲軸圓柱度平均值為3.16，其中上點(diǎn)圓度2.49，中點(diǎn)圓度2.04，下點(diǎn)圓度1.11。

曲軸圓柱度最大值為5.78，其中上點(diǎn)圓度5.10，中點(diǎn)圓度4.44，下點(diǎn)圓度1.88。

曲軸圓柱度標(biāo)準(zhǔn)差為0.94，其中上點(diǎn)0.77，中點(diǎn)0.65，下點(diǎn)0.27

通過上述數(shù)據(jù)觀察，曲軸圓柱度與上點(diǎn)圓度有正相關(guān)性。如果能夠保證上點(diǎn)圓度與下點(diǎn)圓度相當(dāng)，則曲軸圓柱度質(zhì)量水平會有很大程度的改善。

3 分析上點(diǎn)圓度超差可能的影響因素

（1）工件中心高度不合適；（2）砂輪、導(dǎo)輪未修圓；（3）導(dǎo)輪運(yùn)轉(zhuǎn)不良。導(dǎo)論主軸與軸承間隙過大，需要調(diào)整導(dǎo)論軸承間隙；（4）砂輪不鋒利；（5）砂輪、導(dǎo)輪不平衡；（6）曲軸半精加工粗糙度太差；（7）曲軸在磨削過程中不平衡；（8）曲軸表面不連續(xù)

前五項(xiàng)可以歸納為設(shè)備、刀具調(diào)整的原因。后三項(xiàng)為工件本身帶來的加工影響。

在設(shè)備工藝文件中，已經(jīng)規(guī)定了修磨砂輪、導(dǎo)輪的頻率、速度、進(jìn)給量，以及與工件對應(yīng)的托板高度，這些參數(shù)的制定都有數(shù)據(jù)報告作為基礎(chǔ)。而砂輪、導(dǎo)輪不平衡和導(dǎo)輪主軸與軸承間隙問題，經(jīng)過排查也被排出。因此基本排除設(shè)備、刀具調(diào)整的因素造成此次圓柱度超差。

隨后對半精加工曲軸的粗糙度進(jìn)行了測量，結(jié)果顯示粗糙度在Ra3.0—Ra4.0之間。由于最終磨削量控制在0.03—0.04mm之間，因此半精加工粗糙度完全可以滿足現(xiàn)有生產(chǎn)的要求。最終將可能的因素確定為最后兩項(xiàng)。

關(guān)于第7項(xiàng)，如圖1，由于曲軸短軸的存在，使得曲軸在加工旋轉(zhuǎn)過程中出于不平衡的狀態(tài)，并且會使曲軸重心較沒有短軸的曲軸更偏向上點(diǎn)。

關(guān)于第8項(xiàng)，由于曲軸表面有上油油線，造成磨削外圓時產(chǎn)生斷續(xù)磨削，對曲軸圓度造成一定影響。

為了證明上述兩項(xiàng)對曲軸圓柱度的影響，取4組曲軸，每組50件進(jìn)行磨削，觀察相同工藝參數(shù)下磨削后的圓柱度。它們是：（1）有短軸有油線；（2）有短軸無油線；（3）無短軸有油線；（4）無短軸無油線

上述四組曲軸磨削后，得到的數(shù)據(jù)為：第一組圓柱度平均為2.32，第二組為2.48，第三組為1.7，第四組為2.27。

結(jié)果顯示：（1）無油線曲軸的圓柱度比有油線的好，證明油線的存在影響磨削后曲軸的圓柱度；（2）有短軸曲軸的圓柱度比無短軸的好，證明如果曲軸重心更靠近上點(diǎn)的話，磨削后的圓柱度效果會好。

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，確定了后續(xù)的改善方向。由于曲軸油線有上油的功能，因此不能完全將其去除，但出于改善圓柱度的角度考慮，試驗(yàn)將油線寬度由5.5mm減小至4.5mm，同時減小倒角的大小，進(jìn)行試驗(yàn)，觀察減小前后曲軸圓柱度的差異。

對于曲軸重心的改善，試驗(yàn)將短軸長度由18mm增加至23mm進(jìn)行試驗(yàn)，觀察增加前后曲軸圓柱度的差異。

4 改善曲軸油線及曲軸重心試驗(yàn)

分別取普通曲軸、減小油線后的曲軸以及增加短軸長度后的曲軸，共三組，每組50件進(jìn)行磨削，觀察相同工藝參數(shù)下磨削后的圓柱度。這三組曲軸磨削后得到的數(shù)據(jù)為：普通曲軸平均為2.37，減銷油線曲軸為2.06，增加短軸長度曲軸為：2.12。

5 結(jié)論

由上述試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：（1）在不影響上油效果的前提下，適當(dāng)減小油線寬度可以改善曲軸圓柱度；（2）增加短軸重量，使重心靠近上點(diǎn)處，可以提高曲軸圓柱度。由于設(shè)計(jì)時增加曲軸短軸的長度存在一定難度，因此可以制作短軸配重塊，在加工前將配重塊放置在短軸上來改善圓柱度。

參考文獻(xiàn)：

[1]上海市金屬切割技術(shù)協(xié)會.金屬切割手冊（第三版）[S].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2004.