曲轴轴颈中鼓度加工方法与工艺分析

张日升

辽宁五一八内燃机配件有限公司 辽宁丹东 118009

1 序言

目前部分曲轴有轴颈中鼓度要求，例如图1所示中鼓度要求0mm≤d2－（d1＋d3）/2≤0.01mm。曲轴轴颈中鼓度的作用是保证内燃机运作时，曲轴轴颈与轴瓦之间有足够缝隙储存润滑油，防止产生摩擦而导致“抱瓦”“烧瓦”。轴颈中鼓度技术要求较高，是生产中的技术难点。下面介绍几种常用的曲轴轴颈中鼓度加工工艺。

图1 曲轴轴颈中鼓度示意

2 成形切入式磨削工艺

成形切入式磨削是业内常用的曲轴轴颈中鼓度加工方法，需要有数控砂轮修整器的磨床配合普通刚玉砂轮完成。设备型号为丰田GVA80×320数控颈磨床，砂轮型号为700×120×R6.9-A46N5V35。工艺流程：根据产品尺寸计算砂轮凹形状调整量→修整砂轮两侧面→修整砂轮R角→修整砂轮凹形外圆→切入曲轴轴颈进行磨削[1]。

（1）计算砂轮凹形状调整量 丰田数控颈磨床鼓形量采用将理论砂轮凹形半径输入机床方式，其可输入最大值为99999。砂轮凹形半径需人工根据已知挡宽与半径方向中鼓度值绘图测量。以图1所示尺寸为例，使用CAD绘图，将目标中鼓度设定为半径方向0.003mm，可得砂轮凹形理论半径为280900mm（见图2），超出机床可设定极限。

图2 计算砂轮凹形状调整量

（2）调整砂轮凹形半径后直线度图像 砂轮凹形状调整量按最大调整极限设定后，使用ADCOLE曲轴综合测量仪检验直线度图像如图3所示，可以看到未形成明显的鼓形轮廓，半径方向中鼓度为0.001mm，在公差范围内。

图3 成形切入式磨削后的直线度图像

成形切入式磨削的优势在于使用普通刚玉砂轮加工，成本较低；劣势是受曲轴挡宽尺寸影响，如按图1所示尺寸，则理论砂轮凹形半径已超出机床调整极限，且因刚玉砂轮磨粒脱离量较大，影响砂轮凹形，故导致中鼓度不可控。

3 成形切入跟踪磨削工艺

成形切入跟踪磨削工艺的特点是砂轮修整和磨削过程都采用计算机数控（CNC）技术[2]，多次进刀完成磨削，仅有少数高端外圆磨床有此功能。此加工工艺需要有数控磨床配合CBN砂轮完成。设备型号为勇克JUCRANK 6XL 10-10数控磨床，砂轮型号为700×119×R6.9-CBN。工艺流程：机床输入砂轮凹形状调整量（0.003mm）→修整砂轮两侧面→修整砂轮R角→修整砂轮凹形外圆→切入轴颈挡宽左侧（余量0.05mm）→退刀→切入轴颈挡宽右侧（余量0mm）→光刀两圈→横磨拉刀到轴颈挡宽左侧。

调整砂轮凹形半径后，使用ADCOLE曲轴综合测量仪检验直线度图像如图4所示，可以看到形成了明显的鼓形轮廓，半径方向中鼓度为0.003mm，在公差范围内。

图4 成形切入跟踪磨削后的直线度图像

成形切入跟踪磨削的优势在于使用CBN砂轮，具有更佳的切削能力，不易因砂轮磨粒脱离而影响中鼓度，且勇克磨床中鼓度参数调整不受挡宽影响；劣势在于成形切入跟踪磨削使用的功能机床都较昂贵，如每条生产线均配置一台则成本极高。

4 中鼓度砂带抛光工艺

中鼓度砂带抛光工艺的特点是在抛光工序使用一种中鼓度加工专用砂带，精磨主轴连杆工序不进行中鼓度调整。

4.1 中鼓度抛光砂带结构

中鼓度砂带结构如图5所示，背基材料是聚酯薄膜，磨料组成是氧化铝[3]。常规砂带与中鼓度砂带的对比如图6所示，不同点在于中鼓度砂带具有均匀排布的椭圆形排屑槽。椭圆形排屑槽的长度l1控制中鼓度轮廓轴向长度，椭圆间距l3控制中鼓度大小。

图5 中鼓度砂带结构

图6 常规砂带与中鼓度砂带的对比

4.2 用于匹配中鼓度砂带的抛光瓦结构

为了匹配中鼓度砂带，抛光瓦聚氨酯胶块需要增大接触面积（见图7），保证砂带上椭圆形排屑槽能完全涵盖。

图7 匹配中鼓度砂带的增大接触面抛光瓦

4.3 砂带型号及抛光参数

设备型号为2MG4436数控抛光机，砂带型号为40μm聚酯薄膜鼓形砂带，工装为增大接触面抛光瓦。抛光参数：正转20圈，转速40r/min，不进行窜动；正转20圈，窜动速度2800mm/s，窜动量4mm，转速40r/min。

4.4 抛光效果

砂带抛光前后ADCOLE曲轴综合测量仪检验直线度图像对比如图8所示。

图8 砂带抛光前后直线度图像对比

中鼓度砂带抛光工艺的优势在于不需要精磨轴颈工序对中鼓度进行特别加工，可节约为修整凹形砂轮而产生的砂轮损耗，适用于精磨轴颈工序使用较落后非CNC机床的生产线，可有效节约砂轮和机床更换成本；劣势是不同规格产品需要制造不同规格的中鼓度砂带和匹配中鼓度砂带的抛光瓦，且因制造工艺原因导致中鼓度砂带较正常砂带价格有所增加，故抛光成本有所增加。

5 中鼓度抛光瓦抛光工艺

5.1 中鼓度抛光瓦结构

中鼓度抛光瓦（见图9）结构与正常抛光瓦最大的不同点，是中鼓度抛光瓦胶块与砂带接触面设计有两个半圆形凹槽，原理上与中鼓度砂带相似，都是采用轴颈两侧砂带接触面积多于中间的方式，保证挡宽两侧抛光去除量更多，使轴颈形成鼓形。

图9 中鼓度抛光瓦

5.2 砂带型号及抛光参数

设备型号为2MG4436数控抛光机，砂带型号为40μm聚酯薄膜常规砂带，工装为中鼓度抛光瓦。抛光参数：正转20圈，转速40r/min，不进行窜动；正转20圈，窜动速度2800mm/s，窜动量4mm，转速40r/min。

5.3 抛光效果

抛光瓦抛光前后ADCOLE曲轴综合测量仪检验直线度图像对比如图10所示。

图10 抛光瓦抛光前后直线度图像对比

中鼓度抛光瓦抛光工艺的优势在于不需要精磨轴颈工序对中鼓度进行特别加工，同时不对砂带进行改制，抛光后也可以达到与鼓形砂带同等的效果，成本优势较其他工艺方法最为明显。

6 结束语

上述4种加工曲轴中鼓度的工艺方法，有着各自的优势和劣势，实际应用中可根据生产线设备情况和中鼓度要求的公差进行灵活调整，兼顾效率、成本和质量，选择合适的加工方法，即可加工出满足客户要求的产品。

专家点评

文章观点明确、思路清晰，亮点是加工方法的优劣分析，富有辩证的逻辑思维。分别从效率、成本和质量角度出发，详细阐述了曲轴颈中鼓度4种加工方法的工艺流程及设备参数，通过曲轴综合测量仪检验直线度图像，得出不同加工方法的优势和劣势。实际应用中可根据生产条件和产品要求进行灵活调整，取长补短，解决生产中的技术难点问题，具有很好的实用性。