滚压工艺在大型曲轴修复中的应用

白海涛

（哈尔滨轴承集团公司 工模装制造分公司，黑龙江 哈尔滨 150036）

1 前言

压力设备在机械制造业中被广泛使用，尤其在轴承制造行业中更是占有较大比重。如套圈毛坯的锻造、冲压保持器成形、成品的装配等工序均离不开压力设备的参与。曲轴则是多数压力设备的关键零件，也是易损件。其维修质量直接影响设备的生产效率和曲轴的使用寿命。

2 表面滚压加工的原理和特点

2.1 表面滚压加工的原理

图1 滚压加工示意图

表面滚压加工是一个压力光整过程，采用专门工具对常态下工件表层施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性流动，其结果是将工件表面原始残留的波峰、波谷碾平，从而改变材料表面微观形状、粗糙度值及提高表层机械性能。工件表层成形过程见图1。

图2 工件表层变形示意图

2.2 表面滚压加工的特点

（1）可以获得较高的表面质量，一般可提高2～4级，可达到0.8 ～0.05Ra。

（2）可强化工件表层，由于产生加工硬化，表层硬度可提高5～50%,硬化层深度0.2～5mm，甚至更大；有利于提高工件的疲劳强度，可提高5～30%。

（3）可增大零件表面的有效接触面积，提高耐磨性，而且还可以改善配合表面的配合特性。

（4）滚压过程工作平稳，受力均匀，加工产生的热量少，一般不会出现表面退火、烧伤、裂纹等缺陷。

（5）生产效率高，消耗功率低，工具简单。

3 曲轴的磨损与修复

3.1 曲轴磨损的特点与成因

在压力设备（见图3）上，曲轴轴颈表面的磨损是不均匀的，轴颈与连杆轴承的径向磨损主要呈长方形，且其最大磨损部位相互对应，见图。轴颈的最大磨损处靠近轴颈偏心量最大处一侧。

轴颈的磨损是由于作用于轴颈上的力沿圆周方向分布不均匀引起的。轴颈的压力面，在工作时承受周期性冲击载荷，当滑块运动到下止点时，曲轴的受力面与连杆滑动轴承的接触区域之间的压力达到最大，由于相对运动，相互接触的两个表面上材料的凸起部分相互挤压、摩擦，表面的材料由于疲劳被挤压剥落，形成磨损。

图3 压力设备的曲轴连杆机构

图4 曲轴磨损位置示意图

3.2 曲轴的修复实践

大型压力设备曲轴的修复工艺通常是在车床上去除磨损表层，然后重新配置连杆轴承。我们在对锻压工序的40吨压力机曲轴车加工后，采用滚压工艺精整时，经滚压前后对工件表面的检测对比得出数据见表1。

表1 滚压前后的表面质量对比

由表1可知：采用滚压工艺后的曲轴表面，在耐冲击、耐疲劳、耐磨损等机械性能均有显著提高。另外在车加工时，工件表面采用半精车也可满足滚压工艺要求，即达到Ra：6.3～3.2μm，如果这样可节省大量的精车时间，提高生产效率一倍左右。

4 主要工艺参数的确定

为确保外圆滚压加工的顺利进行及保证加工质量，确定主要的工艺参数非常必要。

4.1 进给量 f

由图2可知，进给量f直接影响加工后工件表面的粗糙度和加工效率。而进给量f和滚轮工作直径d正是决定加工后残留高度H1的因素，其关系式如下：

H1=R-〔R2-（f/2）2〕1/2

因材料的材质不同，工件的技术要求不同，所以合理的进给量通常由工艺试验确定。

4.2 压下量Δd

压下量是工件滚压前后直径的差值（Δd=d1-d2）,主要受滚压力、原始表面质量、材料的硬度等因素影响，通常滚压力越大，压下量越大，原始粗糙度值越高，压下量越大，合理控制压下量，是控制好工件尺寸偏差的关键环节。合理的压下量也由工艺试验确定。

4.3 滚压速度v

滚压速度对表面质量和强化程度影响不大，适当增大滚压速度可提高生产效率，但速度过高则引起工艺系统的振动，影响质量，一般选取v=10～100m/min。

4.4 滚压行程次数n

在保证质量前提下，应尽量选取少的行程次数，一般n=1～2。

4.5 滚压轮材料

滚压轮选用范围很广，可用的包括：碳素工具钢（T10A、T12A等）；合金工具钢（GCr15、CrWMo、Cr12MoV等）；高速钢（W 18Cr4V等）。

5 结束语

实践证明，通过上述改进，有效延长了曲轴的工作寿命和维护周期，降低了生产成本。