曲軸止推面一個(gè)顯著特點(diǎn)就是其接觸面積比其他軸頸側(cè)面大很多，各項(xiàng)精度要求也很高。目前，止推面磨削燒傷是曲軸生產(chǎn)中普遍存在的缺陷。

　　曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要零件之一。其形狀特殊、又細(xì)又長，所用材料加工性能差，加工工藝繁多。如圖1所示為某轎車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的設(shè)計(jì)圖。

圖1 某轎車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸

　　從圖1中可以看出，止推面（止推軸頸和寬度）的顯著特點(diǎn)就是接觸面積大，各項(xiàng)加工精度要求高。隨著加工精度要求的不斷提高，止推面的磨削燒傷成為了普遍存在的缺陷，尤其是在成形磨削過程中。磨削燒傷破壞了表層金相組織，使表層金屬強(qiáng)度和硬度降低，嚴(yán)重影響了止推面的耐磨性和曲軸使用壽命。

　　止推軸頸的圓跳動(dòng)對(duì)由兩端主軸頸組成的公共軸線的圓跳動(dòng)公差為0.04，對(duì)相鄰兩軸頸的圓跳動(dòng)公差為0.02；止推頸寬度為260+0.05mm；止推面左側(cè)面要求對(duì)公共軸線的跳動(dòng)公差0.02，垂直度公差0.01，平面度公差0.013；止推面右側(cè)面要求平面度公差要求外凸不超過0.005，內(nèi)凹不超過0.01；止推軸頸表面粗糙度Rz1.5μm，止推面表面粗糙度Rz3μm，止推軸頸的直徑為φ50mm，止推面外徑為φ85mm，其面積高達(dá)單側(cè)3 848mm2。在大批量生產(chǎn)的條件下，要想止推面（包括止推軸頸）達(dá)到如此高的精度，單靠普通的磨削工藝是很難實(shí)現(xiàn)，應(yīng)該使用高精度的數(shù)控磨床磨削，并且采用一系列的嚴(yán)格措施才能滿足圖紙要求。

　　我公司在曲軸加工過程中，碰到了止推面磨削燒傷這樣的加工缺陷，雖然各方面尺寸和形狀位置公差達(dá)到了圖紙要求，但是曲軸止推面燒傷缺陷卻始終難以解決。通過調(diào)查研究，我們從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面進(jìn)行攻關(guān)，最終解決了這個(gè)問題。

　　磨削燒傷


　　磨削表面質(zhì)量包括磨削表面粗糙度和磨削表面層的物理機(jī)械性能兩方面。因?yàn)槟ハ骷庸r(shí)磨粒對(duì)工件的作用包括滑擦、刻劃和切削，并且大多數(shù)磨粒是負(fù)前角和小后角，所以在整個(gè)磨削過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的磨削熱，使磨削區(qū)的瞬時(shí)溫度可達(dá)1 000℃左右。這樣高的溫度會(huì)使工件表面層的金相組織發(fā)生變化，造成磨削燒傷。

　　磨削燒傷會(huì)破壞曲軸止推面表層金相組織，使表層金屬強(qiáng)度和硬度降低，并伴有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋，而使工件表面質(zhì)量惡化，嚴(yán)重地影響曲軸止推面的耐磨性和使用壽命。這種磨削燒傷在砂帶拋光時(shí)無法去除，因此必須避免磨削燒傷。

在磨削淬火鋼曲軸止推面時(shí)，可能產(chǎn)生以下3種燒傷：

1.回火燒傷

如果磨削區(qū)的溫度未超過淬火鋼的相變溫度，但已超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，止推面表層金屬的回火馬氏體組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火組織（索氏體或托氏體），這種燒傷稱為回火燒傷。

2.淬火燒傷

如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬發(fā)生二次淬火，使表層金屬出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，其硬度比原來的回火馬氏體的高，在它的下層，因冷卻較慢，出現(xiàn)了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織（索氏體或托氏體），這種燒傷稱為淬火燒傷。

3.退火燒傷

如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，而磨削區(qū)域又無冷卻液進(jìn)入，表層金屬將產(chǎn)生退火組織，表面硬度將急劇下降，這種燒傷稱為退火燒傷。在曲軸成形磨削中，多屬于此種燒傷。

改善磨削燒傷的途徑

磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷有兩個(gè)途徑：一是盡可能地減少磨削熱的產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件。

1.有沉割槽的曲軸止推軸頸

在圖2中，曲軸止推軸頸有較深的沉割槽，而沉割槽已在以前工序加工好，在磨削時(shí)不用磨削沉割槽，只需磨削止推軸頸和兩個(gè)止推面。在這種情況下，即使是使用成形砂輪磨削，只要使用強(qiáng)力冷卻、合理的磨削余量和選擇好砂輪參數(shù)，一般情況下可以避免磨削燒傷缺陷的出現(xiàn)。在使用窄砂輪磨削止推軸頸時(shí)，可采用的方案是：調(diào)整程序和砂輪的角度磨削，使砂輪從軸頸的右側(cè)以斜切方式進(jìn)入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；使砂輪從軸頸的左側(cè)以斜切方式進(jìn)入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；使砂輪從軸頸的中間快速切入磨削至要求尺寸，再快速退出。在上述磨削時(shí)，要應(yīng)用強(qiáng)力冷卻。至此，止推軸頸及兩側(cè)面磨削完畢。

圖2 曲軸止推軸頸帶有沉割槽

2.無沉割槽的曲軸止推軸頸

圖3所示曲軸止推軸頸無沉割槽，在磨削時(shí)需磨削止推軸頸和兩個(gè)止推面，另外還有兩個(gè)成形圓角。在這種情況下，即使是使用窄砂輪磨削，使用強(qiáng)力冷卻，也很難避免磨削燒傷缺陷的出現(xiàn)。下面分兩種磨削方式來分述解決方案：

圖3 曲軸止推軸頸不帶沉割槽

（1）成形磨削。在成形磨削中，其產(chǎn)生燒傷的主要原因是磨削熱的大量積累和冷卻液無法進(jìn)入而造成的退火燒傷，退火燒傷造成曲軸止推面硬度下降，表層產(chǎn)生退火組織，止推面的耐磨性變差，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。根據(jù)其造成燒傷的主要因素，我們分別從3個(gè)方面入手：選擇合適的砂輪、選擇合理的磨削余量和改善冷卻條件。

①選擇合適的砂輪。淬火鋼曲軸止推面硬度高、面積大，砂粒易磨鈍。為了避免砂粒磨鈍而產(chǎn)生大量磨削熱，砂輪硬度宜選軟些，以便磨鈍的砂粒及時(shí)脫落，保持砂輪的自銳性。組織較軟的砂輪氣孔多，其中可以容納切屑，避免砂輪堵塞，又可將冷卻液或空氣帶入磨削區(qū)域，從而使磨削區(qū)域溫度降低。

在保證曲軸止推面粗糙度要求的前提下，宜選擇較粗粒度的砂輪，以達(dá)到較高的去除比率；另外，砂輪必須精細(xì)地平衡，以便砂輪工作時(shí)處于良好的平衡狀態(tài)；砂輪必須及時(shí)修整以保持其鋒利；影響砂輪修整頻次的因素很多，包括被磨材料的純度和類型、冷卻液的凈度等；修整砂輪的金剛石支座必須牢固，若金剛石表面上有0.5～0.6mm的磨損量，標(biāo)志金剛石已磨鈍了，應(yīng)及時(shí)更換；嚴(yán)格控制砂輪傳動(dòng)系統(tǒng)及砂輪心軸的間隙；砂輪傳動(dòng)帶松緊調(diào)整合適。

②選擇合理的磨削余量和磨削參數(shù)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，常以提高工件速度，減少徑向進(jìn)給量來減少工件表面燒傷和裂紋。有一種經(jīng)驗(yàn)為0.1mm磨削法，即在最后加工的0.1mm余量中，逐漸減少進(jìn)給量，可以去掉前兩次磨削行程中產(chǎn)生的表面損傷層，以減少磨削燒傷。

根據(jù)以上理論，我們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中采用曲軸止推軸頸多工序磨削，分為粗磨、半精磨和靜磨等工序。經(jīng)過多工序磨削后，曲軸止推軸頸直徑余量為0.15～0.25mm，止推面單邊余量為0.04～0.07mm，成形磨削再配以強(qiáng)力冷卻等措施，可有效避免燒傷缺陷的產(chǎn)生。值得一提的是，選擇合理的磨削余量，還可以防止止推面出現(xiàn)喇叭口形狀（因防止燒傷，一般選擇較軟的砂輪，余量太大，磨粒脫落較塊，容易出現(xiàn)錐面）。

③改善冷卻條件，實(shí)施強(qiáng)力冷卻。冷卻液必須有效充分，冷卻液必須噴到磨削區(qū)域；流量一般為40～45L/min，以實(shí)現(xiàn)充分冷卻；壓力一般為0.8～1.2N/mm2，以沖去粘在砂輪上的切屑；保持冷卻液的純凈，妥善地過濾，以清除冷卻液的切屑、磨粒等臟物；冷卻液的容器要足夠大，以免摻入過多的氣體或泡沫；防止冷卻液的溫度急劇升高或降低，一般控制冷卻系統(tǒng)的容積和工作間的室溫，就足以控制冷卻液的溫度，然而在特殊儲(chǔ)況下應(yīng)當(dāng)使用散熱器。

（2）窄砂輪磨削（砂輪寬度低于止推軸頸檔寬尺寸）。在使用窄砂輪磨削中，成形磨削采用的防燒傷措施均可應(yīng)用于此種方法的磨削，只不過窄砂輪磨削在砂輪進(jìn)給方式上可有更多的選擇。一種是徑向切入法磨削，此種磨削如調(diào)整不當(dāng)可造成前文所述的喇叭口形狀；另一種是斜切方式磨削，第一步，使砂輪從軸頸的右側(cè)以斜切方式進(jìn)入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；第二步，使砂輪從軸頸的左側(cè)以斜切方式進(jìn)入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；第三步，使砂輪從軸頸的中間快速切入磨削至要求尺寸，再快速推出。其工序磨削余量和冷卻方式與成形磨削采用一致的參數(shù)。

結(jié)束語

在借鑒國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐提出了解決曲軸止推面磨削燒傷的辦法，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化工藝參數(shù)有一定的幫助。