淺談在磨削工藝中鑄鐵曲軸的油線及重心對其圓柱度的影響

摘 要：磨削工藝廣泛應用于各類機加工領域，是目前制造業中的基本工藝技術。本文結合生產中實際發生的鑄鐵曲軸磨削后圓柱度超差的問題，分析潛在的影響因素，并通過一系列實驗結果分析出改善方案，從而提高產品質量。

關鍵詞：磨削；鑄鐵曲軸；圓柱度

0 引言

在曲軸加工過程中，磨削工藝是其中最重要的一環。它確保最終產品能夠滿足圖紙中對尺寸、圓柱度、粗糙度、平行度等一系列形位公差的要求。在實際生產中，圓柱度水平長期存在不穩定的現象，從而導致曲軸廢品率高，提高了生產成本，并且需要增加過程監控檢測頻次來保證不合格工件不會流入到后序，導致增加人力成本的同時加大了監控難度。因此需要分析此問題發生的原因，制定合適的改善方案。

1 曲軸圓柱度的測量

圓柱度是圓柱體圓度和素線直線度的綜合，因此圓柱度一般是在圓度儀上附加能沿被測圓柱體軸向運動的精密直線導軌、電子計算機和相應的程序來測量的。測量時，長度傳感器的測頭沿精密直線導軌測量被測圓柱體的若干界面。如圖1所示，在生產過程中，設備通過測量曲軸上點、中點以及下點的圓度，再結合應用程序計算得出曲軸圓柱度。

2 曲軸圓柱度數據采集及分析

為了觀察曲軸圓柱度的水平，選取一臺無心磨床，取不同時段加工的工件。每天取10件，共進行10天，匯總這100件曲軸的圓柱度情況。

根據統計：（圓柱度、圓度值單位為μm）

曲軸圓柱度平均值為3.16，其中上點圓度2.49，中點圓度2.04，下點圓度1.11。

曲軸圓柱度最大值為5.78，其中上點圓度5.10，中點圓度4.44，下點圓度1.88。

曲軸圓柱度標準差為0.94，其中上點0.77，中點0.65，下點0.27

通過上述數據觀察，曲軸圓柱度與上點圓度有正相關性。如果能夠保證上點圓度與下點圓度相當，則曲軸圓柱度質量水平會有很大程度的改善。

3 分析上點圓度超差可能的影響因素

（1）工件中心高度不合適；（2）砂輪、導輪未修圓；（3）導輪運轉不良。導論主軸與軸承間隙過大，需要調整導論軸承間隙；（4）砂輪不鋒利；（5）砂輪、導輪不平衡；（6）曲軸半精加工粗糙度太差；（7）曲軸在磨削過程中不平衡；（8）曲軸表面不連續

前五項可以歸納為設備、刀具調整的原因。后三項為工件本身帶來的加工影響。

在設備工藝文件中，已經規定了修磨砂輪、導輪的頻率、速度、進給量，以及與工件對應的托板高度，這些參數的制定都有數據報告作為基礎。而砂輪、導輪不平衡和導輪主軸與軸承間隙問題，經過排查也被排出。因此基本排除設備、刀具調整的因素造成此次圓柱度超差。

隨后對半精加工曲軸的粗糙度進行了測量，結果顯示粗糙度在Ra3.0—Ra4.0之間。由于最終磨削量控制在0.03—0.04mm之間，因此半精加工粗糙度完全可以滿足現有生產的要求。最終將可能的因素確定為最后兩項。

關于第7項，如圖1，由于曲軸短軸的存在，使得曲軸在加工旋轉過程中出于不平衡的狀態，并且會使曲軸重心較沒有短軸的曲軸更偏向上點。

關于第8項，由于曲軸表面有上油油線，造成磨削外圓時產生斷續磨削，對曲軸圓度造成一定影響。

為了證明上述兩項對曲軸圓柱度的影響，取4組曲軸，每組50件進行磨削，觀察相同工藝參數下磨削后的圓柱度。它們是：（1）有短軸有油線；（2）有短軸無油線；（3）無短軸有油線；（4）無短軸無油線

上述四組曲軸磨削后，得到的數據為：第一組圓柱度平均為2.32，第二組為2.48，第三組為1.7，第四組為2.27。

結果顯示：（1）無油線曲軸的圓柱度比有油線的好，證明油線的存在影響磨削后曲軸的圓柱度；（2）有短軸曲軸的圓柱度比無短軸的好，證明如果曲軸重心更靠近上點的話，磨削后的圓柱度效果會好。

根據上述試驗結果，確定了后續的改善方向。由于曲軸油線有上油的功能，因此不能完全將其去除，但出于改善圓柱度的角度考慮，試驗將油線寬度由5.5mm減小至4.5mm，同時減小倒角的大小，進行試驗，觀察減小前后曲軸圓柱度的差異。

對于曲軸重心的改善，試驗將短軸長度由18mm增加至23mm進行試驗，觀察增加前后曲軸圓柱度的差異。

4 改善曲軸油線及曲軸重心試驗

分別取普通曲軸、減小油線后的曲軸以及增加短軸長度后的曲軸，共三組，每組50件進行磨削，觀察相同工藝參數下磨削后的圓柱度。這三組曲軸磨削后得到的數據為：普通曲軸平均為2.37，減銷油線曲軸為2.06，增加短軸長度曲軸為：2.12。

5 結論

由上述試驗可以發現：（1）在不影響上油效果的前提下，適當減小油線寬度可以改善曲軸圓柱度；（2）增加短軸重量，使重心靠近上點處，可以提高曲軸圓柱度。由于設計時增加曲軸短軸的長度存在一定難度，因此可以制作短軸配重塊，在加工前將配重塊放置在短軸上來改善圓柱度。

參考文獻：

[1]上海市金屬切割技術協會.金屬切割手冊（第三版）[S].上海：上海科學技術出版社，2004.