曲軸拋光常見質量問題及其對策

張日升

摘要： 針對曲軸拋光后曲軸軸頸油孔下凹問題、曲柄銷軸頸剎車印問題、圓角粗糙度超差問題、止推面粗糙度超差問題，通過分析拋光臂、拋光瓦與曲軸的受力和運動關系，找出質量問題根本原因，并針對性設計不同結構的拋光瓦解決相應質量問題。為同類產品的相似技術問題提供一套有效分析路徑和改進措施。

Abstract： Aiming at the problem of crankshaft journal oil hole sinking after crankshaft polishing， crank pin journal brake mark， round corner roughness problem， thrust surface roughness problem， through analysis of the force of the polishing arm， polishing pad and crankshaft Relation to movement， find out the root cause of quality problems， and design polished tiles of different structures to solve the corresponding quality problems. Provide a set of effective analysis paths and improvement measures for similar technical problems of similar products.

關鍵詞： 曲軸;拋光;拋光瓦;剎車印;油孔下凹

Key words： crankshaft;polishing;polishing tile;brake printing;concave under the oil hole

中圖分類號：TG315.5+7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）03-0106-03

0 ?引言

曲軸是發動機的重要運動部件，曲軸軸頸表面質量將導致發動機效率降低，同時還會造成其軸頸和軸瓦的磨損導致抱瓦、劃瓦，進而影響發動機使用壽命。故曲軸軸頸表面粗糙度和形位公差是關鍵尺寸，必須通過加工工藝來保證表面粗糙度和形位公差在合格的范圍內。在發動機曲軸制造過程中業內通常使用曲軸專用拋光機拋光的方式改善軸頸粗糙度和形位公差，其中曲軸拋光機的拋光瓦結構對拋光效果影響最大，我司在對拋光后曲軸軸頸檢驗時經常發現剎車印記、油孔位置下凹，圓角粗糙度超差和止推面粗糙度超差四種技術問題，影響產品質量。下面以某4缸曲軸為例子介紹四種不同拋光瓦結構對拋光后曲軸軸頸油孔下凹、剎車印、圓角粗糙度超差、止推面粗糙度超差四種技術問題的對策。

1 ?曲軸軸頸油孔下凹問題

在對拋光后曲軸檢驗時，發現使用ADCOEL曲軸凸輪軸綜合測量儀檢驗的直線度輪廓不是平直的，輪廓顯示中部有下凹情況，現場使用量塊和藍油（Prussian Blue 80038）同樣可以檢測出中部下凹。現場調查拋光時使用的是常規拋光瓦（見圖2）。常規拋光瓦為窄膠塊均布結構拋光瓦，此結構拋光瓦的膠塊為均布結構（見圖2），聚氨酯膠塊與軸頸接觸面積小于油孔孔口尺寸，以某4缸曲軸（見圖1）為例，曲軸油孔直徑在Φ8mm左右，油孔孔口圓角大小為R3mm，孔口尺寸為14mm，如圖2所示的窄膠條拋光瓦，聚氨酯膠塊與軸頸接觸面積為12mm，小于孔口尺寸，如圖3所示拋光后曲軸使用ADCOEL曲軸凸輪軸綜合測量儀檢驗的直線度輪廓，可以明顯看到，直線度中部有下凹情況，分析其原因是曲軸每旋轉一周油孔都會在砂帶上進行一次掛蹭，將砂帶上殘留磨屑刮去露出砂帶磨料，導致砂帶中部更鋒利，下量更多，最終導致油孔下凹。

常規拋光瓦拋光參數為：粗拋光600#布基砂帶，正轉20圈，反轉20圈;精拋光30μ聚酯薄膜砂帶，正轉20圈，反轉20圈;機床轉速90r/min，竄動量4mm，竄動速度2800mm/min;拋光壓力：40bar。

根據ADCOLE圖像可以看到拋光后油孔位置有約0.003mm凹陷，凹陷寬度約20mm與油孔孔口尺寸相符合，分析根本原因是膠塊接觸寬度與孔口拋光尺寸幾乎相同，當拋光時曲軸油孔旋轉到膠塊處時，因接觸面積突然減小，聚氨酯膠塊產生塑性變形，導致油孔處單位面積壓力加大并刮去磨屑，露出鋒利的磨料，導致油孔下凹。解決措施：設計寬塊均布結構拋光瓦此結構拋光瓦膠塊為均布結構（見圖4），聚氨酯膠塊與軸頸接觸面積大于油孔孔口尺寸，以4缸曲軸（見圖1）為例，曲軸油孔直徑在Φ8mm左右，油孔孔口圓角大小為R3mm，孔口尺寸為14mm，如圖4所示的寬膠條拋光瓦，聚氨酯膠塊與軸頸接觸面積為26.7mm，大于油孔孔口尺寸，如圖5為拋光后ADCOEL曲軸凸輪軸綜合測量儀檢驗的直線度輪廓，可以明顯看到，直線度平滑沒有凹陷情況。

寬膠塊均布結構拋光瓦拋光參數為：粗拋光600#布基砂帶，正轉25圈，反轉25圈;精拋光30μ聚酯薄膜砂帶，正轉25圈，反轉25圈;機床轉速90r/min，竄動量4mm，竄動速度2800mm/min;拋光壓力：40bar。

小結：通過現場驗證使用膠塊加寬結構拋光瓦，降低單位接觸面積表面壓力方式可以有效防止因油孔處下凹問題產生。相較常規拋光瓦，優勢是有效消除拋光油孔處下凹問題，劣勢有因接觸面積加大導致單位面積壓力變小，拋光下量減少影響粗糙度，需要適當增加拋光時間。

2 ?曲軸曲柄銷軸頸剎車印問題

在對拋光后曲軸進行外觀檢驗時發現，曲軸2、3曲柄銷軸頸在軸頸有剎車印記（見圖6），剎車印位置粗糙度Ra0.3-0.35大于其余位置粗糙度，且每根曲軸剎車印位置和角度一致，經過現場對比剎車印位置與上拋光瓦左側膠塊位置重合，形成批量質量問題，現場人工使用較細砂帶修整，耗費工時且人工修整質量一致性差。通過繪圖分析與拋光瓦結構、拋光臂結構有關，具體原因分析如下：拋光結束，拋光臂停止在2，3曲柄銷向上位置（見圖7），此時拋光臂呈現一定傾斜角度，導致上拋光瓦上兩聚氨酯膠塊受力不均勻，如（見圖8）可見上瓦左側聚氨酯膠塊與垂直線角度A大于上瓦右側聚氨酯膠塊與垂直線角度B。

根據連桿上拋光瓦受力分析圖（見圖9）和已知參數進行理論計算，過程如下：已知，下夾緊壓力F=800N，角度A=60°，B=30°，根據力的矢量加法的三角形法則則繪矢量圖（見圖10）;經過計算可得：F1=F×cos30°=800×0.866=692.8;F4=F×cos60°=800×0.5=400。根據計算分析可以得出左膠塊摩擦力F1大于右膠塊摩擦力F4，這與剎車印出現在左膠塊而右膠塊沒有相吻合。解決措施：連桿上拋光瓦結構進行重新設計，方案如下（見圖11）。偏心連桿拋光瓦拋光參數為：粗拋光600#布基砂帶，正轉20圈，反轉20圈，精拋光30μ聚酯薄膜砂帶砂帶，正轉20圈，反轉20圈，機床轉速90r/min，竄動量4mm，竄動速度2800mm/min，拋光壓力：40bar。

小結：經過現場驗證此方案拋光瓦，可以解決剎車印問題，此瓦左右膠塊傾斜角度C與D相等（見圖11），可以保證當拋光臂夾緊狀態，兩膠塊受力相同，避免因單個膠塊摩擦力較大導致的剎車印問題。

3 ?五主圓角粗糙度超差問題

在對拋光后曲軸圓角粗糙度檢驗過程中發現靠近5主圓角（見圖12）粗糙度不合格，其余圓角合格。

分析其原因是當拋光機拋光時，因拋光機往復竄動拋光瓦聚氨酯膠塊與曲軸5主左側臺肩碰撞，將聚氨酯膠塊拋碰撞松動，在后續加工時因膠塊松動間隙擴大導致聚氨酯膠塊接觸不到圓角及臺肩，致使圓角粗糙度超差。而其余軸頸因檔寬兩側均有臺肩可以避免膠塊位置的松動導致的位置偏移，故不會出現圓角沒有拋光到情況。

改進方案：設計單側拋光瓦，瓦右側聚氨酯與瓦體找平，在瓦體開螺紋孔，并裝配彈簧墊片和內六角圓柱頭螺釘，限制聚氨酯膠塊橫向自由度。保證不因機床竄動導致聚氨酯膠塊松動（圖13）。單側拋光瓦拋光參數為：粗拋光600#布基砂帶，正轉20圈，反轉20圈;精拋光30μ聚酯薄膜砂帶砂帶，正轉20圈，反轉20圈;機床轉速90r/min，竄動量4mm，竄動速度2800mm/min，拋光壓力：40bar。小結：經過現場驗證此方案拋光瓦，可有效避免膠塊松動保證，保證圓角粗糙度合格。

4 ?曲軸止推面粗糙度超差問題

曲軸止推面一個顯著特點就是其接觸面積比其他軸頸側面大很多，各項精度要求也很高。目前，曲軸拋光主要針對軸頸，對止推面粗糙度控制關注較少，下面介紹一種可有效改善止推面粗糙度的拋光瓦。

目前現有常規拋光瓦（見圖14）采用將聚氨酯膠塊釘入拋光瓦燕尾槽結構，此結構拋光瓦受聚氨酯膠塊尺寸限制，與止推面接觸的范圍較小，由于曲軸拋光機拋光時有竄動動作，導致止推面拋光并不能360度均充分拋光。

解決措施：設計增大側面觸面積拋光瓦，此拋光瓦與常規拋光瓦制作工藝有所不同，常規拋光瓦上將聚氨酯膠塊釘入拋光瓦，在使用數控銑加工內徑等尺寸。增大側面觸面積拋光瓦是將拋光瓦放入模具澆筑聚氨酯，再進行使用數控銑加工內徑等尺寸，優勢在于擁有較大聚氨酯接觸面積，可以有效規避因拋光機竄動動作導致的止推面拋光不充分（圖15）。增大側面觸面積拋光瓦拋光參數為：粗拋光600#布基砂帶，正轉20圈，反轉20圈，瓦移動至止推檔左側停3秒，機床轉速90r/min，瓦移動至止推檔右側停3秒，機床轉速90r/min，精拋光30μ聚酯薄膜砂帶砂帶，正轉20圈，反轉20圈，機床轉速90r/min，竄動量4.3mm，竄動速度2800mm/min，拋光壓力：40bar。

小結：現場使用此結構拋光瓦，并將拋光參數進行微調，止推面粗糙度可達到Ra0.05-0.1之間，且各部分粗糙度一致。滿足圖紙要求。

5 ?結語

發動機是汽車的心臟，曲軸是發動機的心臟，曲軸質量的好壞直接影響到發動機的傳動效率，進而影響油耗的大小。隨著人們對個性化的需要，批量化生產方式將逐漸減少，小批量多品種產品越來越多，故工裝創新性和設計的針對性是保證產品質量重要組成部分，通過對上述四個具體技術問題的分析與計算，確定技術問題的根本產生原因，針對性設計專用拋光工裝，可以解決相應的問題。希望本文的工裝設計方案對今后類似曲軸拋光工裝設計有一定借鑒作用。

參考文獻：

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