張日升

摘要： 針對曲軸拋光后曲軸軸頸油孔下凹問題、曲柄銷軸頸剎車印問題、圓角粗糙度超差問題、止推面粗糙度超差問題，通過分析拋光臂、拋光瓦與曲軸的受力和運動關(guān)系，找出質(zhì)量問題根本原因，并針對性設(shè)計不同結(jié)構(gòu)的拋光瓦解決相應(yīng)質(zhì)量問題。為同類產(chǎn)品的相似技術(shù)問題提供一套有效分析路徑和改進(jìn)措施。

Abstract： Aiming at the problem of crankshaft journal oil hole sinking after crankshaft polishing， crank pin journal brake mark， round corner roughness problem， thrust surface roughness problem， through analysis of the force of the polishing arm， polishing pad and crankshaft Relation to movement， find out the root cause of quality problems， and design polished tiles of different structures to solve the corresponding quality problems. Provide a set of effective analysis paths and improvement measures for similar technical problems of similar products.

關(guān)鍵詞： 曲軸;拋光;拋光瓦;剎車印;油孔下凹

Key words： crankshaft;polishing;polishing tile;brake printing;concave under the oil hole

中圖分類號：TG315.5+7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）03-0106-03

0 ?引言

曲軸是發(fā)動機(jī)的重要運動部件，曲軸軸頸表面質(zhì)量將導(dǎo)致發(fā)動機(jī)效率降低，同時還會造成其軸頸和軸瓦的磨損導(dǎo)致抱瓦、劃瓦，進(jìn)而影響發(fā)動機(jī)使用壽命。故曲軸軸頸表面粗糙度和形位公差是關(guān)鍵尺寸，必須通過加工工藝來保證表面粗糙度和形位公差在合格的范圍內(nèi)。在發(fā)動機(jī)曲軸制造過程中業(yè)內(nèi)通常使用曲軸專用拋光機(jī)拋光的方式改善軸頸粗糙度和形位公差，其中曲軸拋光機(jī)的拋光瓦結(jié)構(gòu)對拋光效果影響最大，我司在對拋光后曲軸軸頸檢驗時經(jīng)常發(fā)現(xiàn)剎車印記、油孔位置下凹，圓角粗糙度超差和止推面粗糙度超差四種技術(shù)問題，影響產(chǎn)品質(zhì)量。下面以某4缸曲軸為例子介紹四種不同拋光瓦結(jié)構(gòu)對拋光后曲軸軸頸油孔下凹、剎車印、圓角粗糙度超差、止推面粗糙度超差四種技術(shù)問題的對策。

1 ?曲軸軸頸油孔下凹問題

在對拋光后曲軸檢驗時，發(fā)現(xiàn)使用ADCOEL曲軸凸輪軸綜合測量儀檢驗的直線度輪廓不是平直的，輪廓顯示中部有下凹情況，現(xiàn)場使用量塊和藍(lán)油（Prussian Blue 80038）同樣可以檢測出中部下凹?，F(xiàn)場調(diào)查拋光時使用的是常規(guī)拋光瓦（見圖2）。常規(guī)拋光瓦為窄膠塊均布結(jié)構(gòu)拋光瓦，此結(jié)構(gòu)拋光瓦的膠塊為均布結(jié)構(gòu)（見圖2），聚氨酯膠塊與軸頸接觸面積小于油孔孔口尺寸，以某4缸曲軸（見圖1）為例，曲軸油孔直徑在Φ8mm左右，油孔孔口圓角大小為R3mm，孔口尺寸為14mm，如圖2所示的窄膠條拋光瓦，聚氨酯膠塊與軸頸接觸面積為12mm，小于孔口尺寸，如圖3所示拋光后曲軸使用ADCOEL曲軸凸輪軸綜合測量儀檢驗的直線度輪廓，可以明顯看到，直線度中部有下凹情況，分析其原因是曲軸每旋轉(zhuǎn)一周油孔都會在砂帶上進(jìn)行一次掛蹭，將砂帶上殘留磨屑刮去露出砂帶磨料，導(dǎo)致砂帶中部更鋒利，下量更多，最終導(dǎo)致油孔下凹。

常規(guī)拋光瓦拋光參數(shù)為：粗拋光600#布基砂帶，正轉(zhuǎn)20圈，反轉(zhuǎn)20圈;精拋光30μ聚酯薄膜砂帶，正轉(zhuǎn)20圈，反轉(zhuǎn)20圈;機(jī)床轉(zhuǎn)速90r/min，竄動量4mm，竄動速度2800mm/min;拋光壓力：40bar。

根據(jù)ADCOLE圖像可以看到拋光后油孔位置有約0.003mm凹陷，凹陷寬度約20mm與油孔孔口尺寸相符合，分析根本原因是膠塊接觸寬度與孔口拋光尺寸幾乎相同，當(dāng)拋光時曲軸油孔旋轉(zhuǎn)到膠塊處時，因接觸面積突然減小，聚氨酯膠塊產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致油孔處單位面積壓力加大并刮去磨屑，露出鋒利的磨料，導(dǎo)致油孔下凹。解決措施：設(shè)計寬塊均布結(jié)構(gòu)拋光瓦此結(jié)構(gòu)拋光瓦膠塊為均布結(jié)構(gòu)（見圖4），聚氨酯膠塊與軸頸接觸面積大于油孔孔口尺寸，以4缸曲軸（見圖1）為例，曲軸油孔直徑在Φ8mm左右，油孔孔口圓角大小為R3mm，孔口尺寸為14mm，如圖4所示的寬膠條拋光瓦，聚氨酯膠塊與軸頸接觸面積為26.7mm，大于油孔孔口尺寸，如圖5為拋光后ADCOEL曲軸凸輪軸綜合測量儀檢驗的直線度輪廓，可以明顯看到，直線度平滑沒有凹陷情況。

寬膠塊均布結(jié)構(gòu)拋光瓦拋光參數(shù)為：粗拋光600#布基砂帶，正轉(zhuǎn)25圈，反轉(zhuǎn)25圈;精拋光30μ聚酯薄膜砂帶，正轉(zhuǎn)25圈，反轉(zhuǎn)25圈;機(jī)床轉(zhuǎn)速90r/min，竄動量4mm，竄動速度2800mm/min;拋光壓力：40bar。

小結(jié)：通過現(xiàn)場驗證使用膠塊加寬結(jié)構(gòu)拋光瓦，降低單位接觸面積表面壓力方式可以有效防止因油孔處下凹問題產(chǎn)生。相較常規(guī)拋光瓦，優(yōu)勢是有效消除拋光油孔處下凹問題，劣勢有因接觸面積加大導(dǎo)致單位面積壓力變小，拋光下量減少影響粗糙度，需要適當(dāng)增加拋光時間。

2 ?曲軸曲柄銷軸頸剎車印問題

在對拋光后曲軸進(jìn)行外觀檢驗時發(fā)現(xiàn)，曲軸2、3曲柄銷軸頸在軸頸有剎車印記（見圖6），剎車印位置粗糙度Ra0.3-0.35大于其余位置粗糙度，且每根曲軸剎車印位置和角度一致，經(jīng)過現(xiàn)場對比剎車印位置與上拋光瓦左側(cè)膠塊位置重合，形成批量質(zhì)量問題，現(xiàn)場人工使用較細(xì)砂帶修整，耗費工時且人工修整質(zhì)量一致性差。通過繪圖分析與拋光瓦結(jié)構(gòu)、拋光臂結(jié)構(gòu)有關(guān)，具體原因分析如下：拋光結(jié)束，拋光臂停止在2，3曲柄銷向上位置（見圖7），此時拋光臂呈現(xiàn)一定傾斜角度，導(dǎo)致上拋光瓦上兩聚氨酯膠塊受力不均勻，如（見圖8）可見上瓦左側(cè)聚氨酯膠塊與垂直線角度A大于上瓦右側(cè)聚氨酯膠塊與垂直線角度B。

根據(jù)連桿上拋光瓦受力分析圖（見圖9）和已知參數(shù)進(jìn)行理論計算，過程如下：已知，下夾緊壓力F=800N，角度A=60°，B=30°，根據(jù)力的矢量加法的三角形法則則繪矢量圖（見圖10）;經(jīng)過計算可得：F1=F×cos30°=800×0.866=692.8;F4=F×cos60°=800×0.5=400。根據(jù)計算分析可以得出左膠塊摩擦力F1大于右膠塊摩擦力F4，這與剎車印出現(xiàn)在左膠塊而右膠塊沒有相吻合。解決措施：連桿上拋光瓦結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計，方案如下（見圖11）。偏心連桿拋光瓦拋光參數(shù)為：粗拋光600#布基砂帶，正轉(zhuǎn)20圈，反轉(zhuǎn)20圈，精拋光30μ聚酯薄膜砂帶砂帶，正轉(zhuǎn)20圈，反轉(zhuǎn)20圈，機(jī)床轉(zhuǎn)速90r/min，竄動量4mm，竄動速度2800mm/min，拋光壓力：40bar。

小結(jié)：經(jīng)過現(xiàn)場驗證此方案拋光瓦，可以解決剎車印問題，此瓦左右膠塊傾斜角度C與D相等（見圖11），可以保證當(dāng)拋光臂夾緊狀態(tài)，兩膠塊受力相同，避免因單個膠塊摩擦力較大導(dǎo)致的剎車印問題。

3 ?五主圓角粗糙度超差問題

在對拋光后曲軸圓角粗糙度檢驗過程中發(fā)現(xiàn)靠近5主圓角（見圖12）粗糙度不合格，其余圓角合格。

分析其原因是當(dāng)拋光機(jī)拋光時，因拋光機(jī)往復(fù)竄動拋光瓦聚氨酯膠塊與曲軸5主左側(cè)臺肩碰撞，將聚氨酯膠塊拋碰撞松動，在后續(xù)加工時因膠塊松動間隙擴(kuò)大導(dǎo)致聚氨酯膠塊接觸不到圓角及臺肩，致使圓角粗糙度超差。而其余軸頸因檔寬兩側(cè)均有臺肩可以避免膠塊位置的松動導(dǎo)致的位置偏移，故不會出現(xiàn)圓角沒有拋光到情況。

改進(jìn)方案：設(shè)計單側(cè)拋光瓦，瓦右側(cè)聚氨酯與瓦體找平，在瓦體開螺紋孔，并裝配彈簧墊片和內(nèi)六角圓柱頭螺釘，限制聚氨酯膠塊橫向自由度。保證不因機(jī)床竄動導(dǎo)致聚氨酯膠塊松動（圖13）。單側(cè)拋光瓦拋光參數(shù)為：粗拋光600#布基砂帶，正轉(zhuǎn)20圈，反轉(zhuǎn)20圈;精拋光30μ聚酯薄膜砂帶砂帶，正轉(zhuǎn)20圈，反轉(zhuǎn)20圈;機(jī)床轉(zhuǎn)速90r/min，竄動量4mm，竄動速度2800mm/min，拋光壓力：40bar。小結(jié)：經(jīng)過現(xiàn)場驗證此方案拋光瓦，可有效避免膠塊松動保證，保證圓角粗糙度合格。

4 ?曲軸止推面粗糙度超差問題

曲軸止推面一個顯著特點就是其接觸面積比其他軸頸側(cè)面大很多，各項精度要求也很高。目前，曲軸拋光主要針對軸頸，對止推面粗糙度控制關(guān)注較少，下面介紹一種可有效改善止推面粗糙度的拋光瓦。

目前現(xiàn)有常規(guī)拋光瓦（見圖14）采用將聚氨酯膠塊釘入拋光瓦燕尾槽結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)拋光瓦受聚氨酯膠塊尺寸限制，與止推面接觸的范圍較小，由于曲軸拋光機(jī)拋光時有竄動動作，導(dǎo)致止推面拋光并不能360度均充分拋光。

解決措施：設(shè)計增大側(cè)面觸面積拋光瓦，此拋光瓦與常規(guī)拋光瓦制作工藝有所不同，常規(guī)拋光瓦上將聚氨酯膠塊釘入拋光瓦，在使用數(shù)控銑加工內(nèi)徑等尺寸。增大側(cè)面觸面積拋光瓦是將拋光瓦放入模具澆筑聚氨酯，再進(jìn)行使用數(shù)控銑加工內(nèi)徑等尺寸，優(yōu)勢在于擁有較大聚氨酯接觸面積，可以有效規(guī)避因拋光機(jī)竄動動作導(dǎo)致的止推面拋光不充分（圖15）。增大側(cè)面觸面積拋光瓦拋光參數(shù)為：粗拋光600#布基砂帶，正轉(zhuǎn)20圈，反轉(zhuǎn)20圈，瓦移動至止推檔左側(cè)停3秒，機(jī)床轉(zhuǎn)速90r/min，瓦移動至止推檔右側(cè)停3秒，機(jī)床轉(zhuǎn)速90r/min，精拋光30μ聚酯薄膜砂帶砂帶，正轉(zhuǎn)20圈，反轉(zhuǎn)20圈，機(jī)床轉(zhuǎn)速90r/min，竄動量4.3mm，竄動速度2800mm/min，拋光壓力：40bar。

小結(jié)：現(xiàn)場使用此結(jié)構(gòu)拋光瓦，并將拋光參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，止推面粗糙度可達(dá)到Ra0.05-0.1之間，且各部分粗糙度一致。滿足圖紙要求。

5 ?結(jié)語

發(fā)動機(jī)是汽車的心臟，曲軸是發(fā)動機(jī)的心臟，曲軸質(zhì)量的好壞直接影響到發(fā)動機(jī)的傳動效率，進(jìn)而影響油耗的大小。隨著人們對個性化的需要，批量化生產(chǎn)方式將逐漸減少，小批量多品種產(chǎn)品越來越多，故工裝創(chuàng)新性和設(shè)計的針對性是保證產(chǎn)品質(zhì)量重要組成部分，通過對上述四個具體技術(shù)問題的分析與計算，確定技術(shù)問題的根本產(chǎn)生原因，針對性設(shè)計專用拋光工裝，可以解決相應(yīng)的問題。希望本文的工裝設(shè)計方案對今后類似曲軸拋光工裝設(shè)計有一定借鑒作用。

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