滾壓工藝在大型曲軸修復中的應用

白海濤

（哈爾濱軸承集團公司 工模裝制造分公司，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

壓力設備在機械制造業(yè)中被廣泛使用，尤其在軸承制造行業(yè)中更是占有較大比重。如套圈毛坯的鍛造、沖壓保持器成形、成品的裝配等工序均離不開壓力設備的參與。曲軸則是多數壓力設備的關鍵零件，也是易損件。其維修質量直接影響設備的生產效率和曲軸的使用壽命。

2 表面滾壓加工的原理和特點

2.1 表面滾壓加工的原理

圖1 滾壓加工示意圖

表面滾壓加工是一個壓力光整過程，采用專門工具對常態(tài)下工件表層施加一定的壓力，使工件表層金屬產生塑性流動，其結果是將工件表面原始殘留的波峰、波谷碾平，從而改變材料表面微觀形狀、粗糙度值及提高表層機械性能。工件表層成形過程見圖1。

圖2 工件表層變形示意圖

2.2 表面滾壓加工的特點

（1）可以獲得較高的表面質量，一般可提高2～4級，可達到0.8 ～0.05Ra。

（2）可強化工件表層，由于產生加工硬化，表層硬度可提高5～50%,硬化層深度0.2～5mm，甚至更大；有利于提高工件的疲勞強度，可提高5～30%。

（3）可增大零件表面的有效接觸面積，提高耐磨性，而且還可以改善配合表面的配合特性。

（4）滾壓過程工作平穩(wěn)，受力均勻，加工產生的熱量少，一般不會出現表面退火、燒傷、裂紋等缺陷。

（5）生產效率高，消耗功率低，工具簡單。

3 曲軸的磨損與修復

3.1 曲軸磨損的特點與成因

在壓力設備（見圖3）上，曲軸軸頸表面的磨損是不均勻的，軸頸與連桿軸承的徑向磨損主要呈長方形，且其最大磨損部位相互對應，見圖。軸頸的最大磨損處靠近軸頸偏心量最大處一側。

軸頸的磨損是由于作用于軸頸上的力沿圓周方向分布不均勻引起的。軸頸的壓力面，在工作時承受周期性沖擊載荷，當滑塊運動到下止點時，曲軸的受力面與連桿滑動軸承的接觸區(qū)域之間的壓力達到最大，由于相對運動，相互接觸的兩個表面上材料的凸起部分相互擠壓、摩擦，表面的材料由于疲勞被擠壓剝落，形成磨損。

圖3 壓力設備的曲軸連桿機構

圖4 曲軸磨損位置示意圖

3.2 曲軸的修復實踐

大型壓力設備曲軸的修復工藝通常是在車床上去除磨損表層，然后重新配置連桿軸承。我們在對鍛壓工序的40噸壓力機曲軸車加工后，采用滾壓工藝精整時，經滾壓前后對工件表面的檢測對比得出數據見表1。

表1 滾壓前后的表面質量對比

由表1可知：采用滾壓工藝后的曲軸表面，在耐沖擊、耐疲勞、耐磨損等機械性能均有顯著提高。另外在車加工時，工件表面采用半精車也可滿足滾壓工藝要求，即達到Ra：6.3～3.2μm，如果這樣可節(jié)省大量的精車時間，提高生產效率一倍左右。

4 主要工藝參數的確定

為確保外圓滾壓加工的順利進行及保證加工質量，確定主要的工藝參數非常必要。

4.1 進給量 f

由圖2可知，進給量f直接影響加工后工件表面的粗糙度和加工效率。而進給量f和滾輪工作直徑d正是決定加工后殘留高度H1的因素，其關系式如下：

H1=R-〔R2-（f/2）2〕1/2

因材料的材質不同，工件的技術要求不同，所以合理的進給量通常由工藝試驗確定。

4.2 壓下量Δd

壓下量是工件滾壓前后直徑的差值（Δd=d1-d2）,主要受滾壓力、原始表面質量、材料的硬度等因素影響，通常滾壓力越大，壓下量越大，原始粗糙度值越高，壓下量越大，合理控制壓下量，是控制好工件尺寸偏差的關鍵環(huán)節(jié)。合理的壓下量也由工藝試驗確定。

4.3 滾壓速度v

滾壓速度對表面質量和強化程度影響不大，適當增大滾壓速度可提高生產效率，但速度過高則引起工藝系統的振動，影響質量，一般選取v=10～100m/min。

4.4 滾壓行程次數n

在保證質量前提下，應盡量選取少的行程次數，一般n=1～2。

4.5 滾壓輪材料

滾壓輪選用范圍很廣，可用的包括：碳素工具鋼（T10A、T12A等）；合金工具鋼（GCr15、CrWMo、Cr12MoV等）；高速鋼（W 18Cr4V等）。

5 結束語

實踐證明，通過上述改進，有效延長了曲軸的工作壽命和維護周期，降低了生產成本。