駱振富

【摘 ?要】軸類零件是產(chǎn)品的重要零件之一，軸類零件工作時的受力情況非常復雜，故其加工精度要求高。軸類零件在磨削加工中出現(xiàn)振紋，不僅影響軸體的圓度、同軸度、表面質量，在軸體工作時因疲勞斷裂會影響發(fā)動機的壽命，故解決軸類零件磨削加工中出現(xiàn)的振紋迫在眉睫。本文所指的軸類零件，如曲軸、車軸等。通過從軸類零件磨削加工機床、加工工藝要素、工裝夾具等方面研究，剖析軸類零件的磨削精加工中出現(xiàn)振紋的原因，分析并尋找解決振紋的措施，提高軸類零件磨削加工精度。

【關鍵詞】軸類零件;磨削加工;振紋;自激振動

軸類零件本體影響。軸類零件結構復雜，工作時的受力情況非常復雜。因此軸類零件應具有足夠的強度、剛度及抗沖擊韌性。軸類零件復雜的形體結構，對磨削加工中設備、工裝等要求高。且其剛性會比通常的軸體零件稍差，結構復雜，因此磨削加工中容易受各方面因素的影響產(chǎn)生晃動，軸體與砂輪接觸面就會產(chǎn)生跳動現(xiàn)象。因此需要優(yōu)化軸類零件的設計，減少動不平衡量，可以有效地減少振紋的出現(xiàn)。軸類零件自身不平衡也是產(chǎn)生振紋的一個重要因素，因此要控制軸類零件的不平衡量符合工藝要求[1]。

軸類零件材料影響。由于軸類零件的磨削加工性能要求高，毛坯的形狀復雜，強度、韌性、沖擊性能要好。因此，軸類零件毛坯采用鍛件或鑄件。軸類零件材料一般采用45鋼、45Mn2、50Mn、40Cr、35CrMo鋼、QT600-2球墨鑄鐵[2]等。在我國，廣泛使用球墨鑄鐵軸類零件。選用球墨鑄鐵QT800-6的鑄造軸類零件（材料牌號：HT200），磨削精加工性能好，可以有效地消除的磨削加工中振紋的出現(xiàn)。

軸類零件熱處理影響。軸類零件磨削精加工[3]出現(xiàn)振紋的情況，排除鑄造缺陷后，一般是從熱處理開始的。熱處理的好壞，直接影響后續(xù)的磨削精加工。軸類零件的熱處理通常是淬火、低溫回火。過高的硬度會影響磨削加工，砂輪硬度要求高，這樣磨削加工時產(chǎn)生的磨削力就大，加劇振紋的產(chǎn)生。經(jīng)過多次調(diào)整熱處理參數(shù)及試驗對比，發(fā)現(xiàn)淬硬層為1.5mm較好，及回火后的硬度為HRC45-50，可以有效減少后續(xù)精磨削加工振紋。

軸類零件加工機床的影響分析。軸類零件磨削精加工機床主要為專用的數(shù)控磨床。主軸前端安裝砂輪的錐面徑向跳動誤差補償，必然會引起砂輪旋轉時的周期顫振，磨削軸類零件時就會產(chǎn)生振紋。這種情況可周期性檢測并維修保養(yǎng)主軸，檢測并調(diào)整其裝配精度來保證磨削加工中的振紋影響。主軸長時間運轉后，軸瓦會有不同程度的磨損，造成配合間隙增大，磨削軸類零件時主軸軸心漂移超差，使軸頸表面產(chǎn)生振紋。此情況時應重新維修并調(diào)整軸瓦，必要時更換軸瓦，并配合軸體標準件刮研、調(diào)整間隙至規(guī)定要求。砂輪架下導軌磨損后，滾柱與導軌接觸剛性不足，在磨削軸類零件時也會由于磨削力不均勻而引起振動，從而在軸頸表面產(chǎn)生振紋。此時，須卸下砂輪架，研磨導軌，并配合選取砂輪架滾柱。磨削機床頭、尾架主軸承精度達不到要求或由于軸承磨損后精度降低，是產(chǎn)生磨削振紋的又一因素。解決的方法是定期檢查，并檢查軸承精度。必要時更換精度較高的滾動軸承，選用精度高的液體靜壓滑動軸承。機床床面與移動導軌上面結合處因銹蝕等原因而出現(xiàn)松動，磨削軸類零件時也易誘發(fā)振動。解決的辦法是用油石、砂布等將結合面研磨光整后重新裝配。

機床振動的影響因素及消除措施。強迫振動是由外來的周期性或非周期性振動引起的，機床其它部分的振動也會引起機床的強迫振動。在一般情況下，其振動頻率與外來激振力頻率接近。產(chǎn)生強迫振動的主要原因很多。包括：主軸組件的本身不平衡;安裝的砂輪不平衡、皮帶輪不平衡而引起的離心力;電機轉子的不平衡引起的電機振動，包括安裝電機時的接觸剛度不足;砂輪表面的不均勻磨削、切削液的吸附等都會引起砂輪的附加不平衡而引起主軸的強迫振動;機床上其它高速回轉部分不平衡所引起的振動。上述原因均會引起機床的強迫振動，從而磨削軸類零件時產(chǎn)生振紋，惡化了軸頸表面質量。減小因主軸組件不平衡而產(chǎn)生振動的方法有：皮帶輪要經(jīng)過靜平衡，以保證安裝時皮帶的松緊程度一致;新?lián)Q砂輪要經(jīng)兩次平衡，即一次平衡后，經(jīng)修整后卸下砂輪再平衡一次，使用過程中出現(xiàn)不平衡時應重新平衡。減小因電機產(chǎn)生振動的方法有：在電機與機床連接處加一隔振裝置以消除電機振動的影響。必要時，電機轉子要經(jīng)過靜平衡后使用，軸承松動時要及時更換或調(diào)整，以此來減小電機振動的影響。

自激振動是在磨削過程中產(chǎn)生的。當機床工藝系統(tǒng)[5]具有足夠的剛度時，自激振動的振幅近似以正弦規(guī)律輸出，其頻率接近系統(tǒng)的固有頻率。在軸類零件磨削加工過程中，砂輪與軸類零件軸頸的相互接觸位置受到干擾時，使它們之間除正常的磨削運動外，還會發(fā)生周期性磨削振動，從而使軸頸表面上出現(xiàn)振紋，使表面粗糙度值增高，表面質量降低。當機床彈性系統(tǒng)的剛度、工件與砂輪的材質、切削[4]速度、進給量等都一定時，引起自激振動的主要原因就是磨削寬度。試驗證明，當磨削寬度不大時，并不發(fā)生自激振動，磨削是穩(wěn)定的。當磨削寬度增大到某一數(shù)值時，自激振動就發(fā)生了。

軸類零件磨削加工夾具的影響。由于軸類零件屬于特殊的軸類零件，考慮到其加工的復雜性和剛性，通常采用中心扶架夾具[6]進行加工。扶架通常配合三角卡盤和定位套使用，扶架具有定位和夾緊功能，扶架對軸類零件的支撐定位是套上的滾動軸承的外圈。因此，其定位精度取決于滾動軸承的精度，其夾緊力通過手輪調(diào)節(jié)螺桿來控制。扶架隨著加工軸類零件數(shù)量的增加，其上安裝軸承滾珠磨損和變形，需定期檢查軸承的跳動量及磨損情況。一旦出現(xiàn)軸承滾珠磨損或軸承徑向跳動量過大，軸體在精加工中砂輪對其的擠壓力不均衡，加工中容易產(chǎn)出晃動現(xiàn)象，故需調(diào)整扶架的扶持力度。同時軸類零件在不均勻擠壓受力中轉動容易造成軸類零件在中心扶架上跳動，需及時更換軸承。磨削多拐大功率軸類零件時，由于軸類零件自身太重，加之剛性較差，磨削時易引發(fā)自激振動，使被加工表面產(chǎn)生振紋。這樣，可使用調(diào)節(jié)式機械開式中心架支撐軸頸，邊磨削邊用數(shù)控調(diào)整。

磨削砂輪的影響。在軸類零件磨削加工過程中，砂輪與軸類零件軸頸的接觸面相互受到干擾時，它們之間除正常的磨削運動外，還會發(fā)生周期性磨削振動，從而使軸頸表面上出現(xiàn)振紋，使表面粗糙度值增高，表面質量降低。因此，磨削精加工中砂輪的選取至關重要。根據(jù)所磨削的零件進行選擇，較小、較長軸體時選擇小直徑的砂輪，較大、較短軸體時選擇大直徑的砂輪，這樣匹配性較好。有效地降低接觸干擾，消除振紋。

通過對軸類零件磨削精加工中振紋產(chǎn)生的機理分析，尋找磨削精加工中出現(xiàn)振紋的原因，分析并總結出解決振紋的措施，提高軸類零件磨削加工精度及表面質量，在軸類零件磨削精加工中具有重要的指導意義。

參考文獻：

[1] 編委會.曲軸設計加工新技術、新工藝與企業(yè)創(chuàng)新指導手冊[M].北京：中國科技文化出版社，2008.

[2] 孫雅心.破碎鐵素體球墨鑄鐵件的生產(chǎn)[J].鑄造，2005，54（10）：91-92

[3] 盧秉恒.機械制造技術基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999

[4] 韓榮第.金屬切削原理與刀具[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2007

[5] 王凡.實用機械制造工藝設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.01

[6] 王啟平.機床夾具設計[ M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1996

（作者單位：廣東富華機械裝備制造有限公司）