曲軸軸頸中鼓度加工方法與工藝分析

張日升

遼寧五一八內燃機配件有限公司 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燃機運作時，曲軸軸頸與軸瓦之間有足夠縫隙儲存潤滑油，防止產生摩擦而導致“抱瓦”“燒瓦”。軸頸中鼓度技術要求較高，是生產中的技術難點。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內常用的曲軸軸頸中鼓度加工方法，需要有數控砂輪修整器的磨床配合普通剛玉砂輪完成。設備型號為豐田GVA80×320數控頸磨床，砂輪型號為700×120×R6.9-A46N5V35。工藝流程：根據產品尺寸計算砂輪凹形狀調整量→修整砂輪兩側面→修整砂輪R角→修整砂輪凹形外圓→切入曲軸軸頸進行磨削[1]。

（1）計算砂輪凹形狀調整量 豐田數控頸磨床鼓形量采用將理論砂輪凹形半徑輸入機床方式，其可輸入最大值為99999。砂輪凹形半徑需人工根據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，將目標中鼓度設定為半徑方向0.003mm，可得砂輪凹形理論半徑為280900mm（見圖2），超出機床可設定極限。

圖2 計算砂輪凹形狀調整量

（2）調整砂輪凹形半徑后直線度圖像 砂輪凹形狀調整量按最大調整極限設定后，使用ADCOLE曲軸綜合測量儀檢驗直線度圖像如圖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。

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床調整極限，且因剛玉砂輪磨粒脫離量較大，影響砂輪凹形，故導致中鼓度不可控。

3 成形切入跟蹤磨削工藝

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

調整砂輪凹形半徑后，使用ADCOLE曲軸綜合測量儀檢驗直線度圖像如圖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。

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調整不受擋寬影響；劣勢在于成形切入跟蹤磨削使用的功能機床都較昂貴，如每條生產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行中鼓度調整。

4.1 中鼓度拋光砂帶結構

中鼓度砂帶結構如圖5所示，背基材料是聚酯薄膜，磨料組成是氧化鋁[3]。常規砂帶與中鼓度砂帶的對比如圖6所示，不同點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l3控制中鼓度大小。

圖5 中鼓度砂帶結構

圖6 常規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構

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

設備型號為2MG4436數控拋光機，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：正轉20圈，轉速40r/min，不進行竄動；正轉20圈，竄動速度2800mm/s，竄動量4mm，轉速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勢在于不需要精磨軸頸工序對中鼓度進行特別加工，可節約為修整凹形砂輪而產生的砂輪損耗，適用于精磨軸頸工序使用較落后非CNC機床的生產線，可有效節約砂輪和機床更換成本；劣勢是不同規格產品需要制造不同規格的中鼓度砂帶和匹配中鼓度砂帶的拋光瓦，且因制造工藝原因導致中鼓度砂帶較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 中鼓度拋光瓦結構

中鼓度拋光瓦（見圖9）結構與正常拋光瓦最大的不同點，是中鼓度拋光瓦膠塊與砂帶接觸面設計有兩個半圓形凹槽，原理上與中鼓度砂帶相似，都是采用軸頸兩側砂帶接觸面積多于中間的方式，保證擋寬兩側拋光去除量更多，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

設備型號為2MG4436數控拋光機，砂帶型號為40μm聚酯薄膜常規砂帶，工裝為中鼓度拋光瓦。拋光參數：正轉20圈，轉速40r/min，不進行竄動；正轉20圈，竄動速度2800mm/s，竄動量4mm，轉速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勢在于不需要精磨軸頸工序對中鼓度進行特別加工，同時不對砂帶進行改制，拋光后也可以達到與鼓形砂帶同等的效果，成本優勢較其他工藝方法最為明顯。

6 結束語

上述4種加工曲軸中鼓度的工藝方法，有著各自的優勢和劣勢，實際應用中可根據生產線設備情況和中鼓度要求的公差進行靈活調整，兼顧效率、成本和質量，選擇合適的加工方法，即可加工出滿足客戶要求的產品。

專家點評

文章觀點明確、思路清晰，亮點是加工方法的優劣分析，富有辯證的邏輯思維。分別從效率、成本和質量角度出發，詳細闡述了曲軸頸中鼓度4種加工方法的工藝流程及設備參數，通過曲軸綜合測量儀檢驗直線度圖像，得出不同加工方法的優勢和劣勢。實際應用中可根據生產條件和產品要求進行靈活調整，取長補短，解決生產中的技術難點問題，具有很好的實用性。