濱州海得曲軸有限責(zé)任公司 (山東 256606) 張立平 李海國(guó)

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中承受彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷，傳遞動(dòng)力的關(guān)鍵零件，近10幾年來(lái)，由于受國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的控制，發(fā)動(dòng)機(jī)多采用增壓、擴(kuò)缸等方法來(lái)增加功率、降低排放。曲軸所承受的工況環(huán)境更加嚴(yán)峻。很多大功率曲軸采用圓角滾壓工藝來(lái)進(jìn)行強(qiáng)化，以期提高曲軸的彎曲疲勞強(qiáng)度，達(dá)到安全運(yùn)行的目的。尤其是轎車曲軸幾乎全部采用圓角滾壓強(qiáng)化工藝來(lái)提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。轎車曲軸不同于載貨汽車曲軸，具有一個(gè)共同點(diǎn)，就是小頭圓角也要求滾壓強(qiáng)化處理，由于小頭軸頸具有長(zhǎng)度較長(zhǎng)、單側(cè)圓角等結(jié)構(gòu)的特殊性，給滾壓工藝的實(shí)施造成了一定的難度。

1.曲軸圓角滾壓工藝及通用裝置

如圖1所示，曲軸的圓角滾壓，就是利用滾輪的壓力作用，在曲軸的主軸頸和連桿頸過(guò)渡圓角處形成一條滾壓塑性變形帶，這條塑性變形帶具有以下特點(diǎn):

圖1 曲軸圓角滾壓工藝示意圖

(1)產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，可與曲軸在工作時(shí)的拉應(yīng)力抵消或部分抵消，從而提高疲勞強(qiáng)度。

(2)硬度提高。滾壓使圓角處形成高硬度的致密層，使曲軸的機(jī)械強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度得到提高。

(3)表面粗糙度值降低。圓角滾壓可使圓角表面粗糙度值達(dá)到Ra=0.1 μm以下，從而大大減小了圓角處的應(yīng)力集中，提高了疲勞強(qiáng)度。

滾壓裝置又稱滾壓頭，通用滾壓頭分為上滾壓頭和下滾壓頭，由于下滾壓頭僅起到支撐作用，本文不作介紹。上滾壓頭是滾壓裝置的核心部件，如圖2所示，上滾壓頭主要由滾壓體1、端蓋2、導(dǎo)輪3、滾針軸承4、心軸5、滾輪6、滾輪支架壓板7及滾輪支架8等零件組成。

圖2 上滾壓頭結(jié)構(gòu)

滾壓加工時(shí)向滾壓頭施加一定的壓力，每一個(gè)上滾壓頭的兩個(gè)滾輪6與曲軸每個(gè)軸頸的兩個(gè)圓角相配合，通過(guò)曲軸工件的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾輪的旋轉(zhuǎn)，這樣就在圓角處形成一條滾壓塑性變形，從而提高了曲軸的綜合疲勞強(qiáng)度。應(yīng)用通用滾壓頭滾壓曲軸時(shí)，一般是兩個(gè)大小相同的滾輪對(duì)雙側(cè)圓角同時(shí)滾壓，其軸向力相互抵消。但對(duì)于只有單側(cè)圓角的小頭軸頸需要滾壓的曲軸時(shí)，則無(wú)能為力了。

2.曲軸小頭軸頸圓角滾壓裝置

如圖3所示是某一種轎車曲軸小頭結(jié)構(gòu)，由于只有一個(gè)單側(cè)圓角，滾壓無(wú)法實(shí)現(xiàn)平衡，再就是曲軸小頭長(zhǎng)度明顯大于其余軸頸，如采用小頭末端增加輔助圓角的方法，則滾壓頭厚度將非常大，重量明顯增加，滾壓變形量很大，必然會(huì)造成部分曲軸彎曲過(guò)大，無(wú)法修正而報(bào)廢。因此，曲軸小頭軸頸圓角滾壓實(shí)施起來(lái)比較困難。

圖3 轎車曲軸小頭結(jié)構(gòu)

針對(duì)以上缺陷，本文設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，能夠有效解決曲軸小頭軸頸滾壓圓角困難的方案，采用本技術(shù)方案，經(jīng)滾壓的曲軸變形小，滾壓效果好，提高了產(chǎn)品加工質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。

如圖4所示，曲軸小頭圓角滾壓頭，主要由曲軸1、端蓋2、導(dǎo)輪3、滾壓體4、心軸5、滾針軸承6、小滾輪7、平衡套8、機(jī)床頂尖9、支撐滾柱10、大滾輪11和滾輪保持座等零件組成。

曲軸1的左側(cè)法蘭端與滾壓機(jī)床的床頭箱相聯(lián)，用卡盤 (或其他夾緊方式)夾緊，小頭軸頸端套上平衡套8，再用機(jī)床頂尖9頂緊平衡套上的中心孔，用小頭圓角滾壓頭和支撐滾柱10夾緊曲軸，開(kāi)動(dòng)機(jī)床就可以進(jìn)行曲軸小頭圓角滾壓加工。

圖4 曲軸小頭軸頸圓角滾壓裝置

本裝置關(guān)鍵特征在于該裝置平衡套的直徑比所滾壓曲軸小頭軸頸圓角大，因此兩個(gè)滾輪直徑大小也不相同。具體實(shí)施時(shí)導(dǎo)輪兩端的直徑大小不一，具體數(shù)值應(yīng)由大小滾輪的線速度確定。

3.結(jié)語(yǔ)

(1)采用平衡套和大小滾輪式滾壓頭加工，有效地解決了過(guò)去的滾壓頭體積大、重量大和滾壓變形大的缺點(diǎn)，提高了產(chǎn)品加工質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，采用這種方式滾壓，可以靈活地確定滾壓頭的寬度和滾輪的直徑大小，使其達(dá)到最佳工藝性。

(2)本裝置解決了曲軸小頭軸頸圓角滾壓實(shí)施比較困難的技術(shù)問(wèn)題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行可靠。