圖1  珩磨后的曲軸孔表面（高倍放大）

曲軸孔的作用主要是為了支撐曲軸，同時(shí)，傳遞從曲軸柄傳來的扭矩并通過法蘭輸出，吸收氣缸軸向和側(cè)向力。為使曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力盡可能小，曲軸孔要有相當(dāng)高的同軸度，這也決定了發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的平穩(wěn)性。

長城汽車股份有限公司根據(jù)實(shí)際情況，對發(fā)動(dòng)機(jī)缸體曲軸孔的精加工采用鉸珩工藝，使孔的圓度、直線度和表面粗糙度在大批量生產(chǎn)時(shí)更易保證，大大改善了孔的加工精度。

圖2  同軸度超差報(bào)告

鑒于曲軸孔的重要性，加工曲軸孔要做到如下幾點(diǎn)：曲軸孔的中心到缸體面之間的距離偏差要很?。磺S孔間要有很高的同軸度；每個(gè)曲軸孔都要有很好的圓度；為了減少軸瓦的級別，要求曲軸孔的徑向尺寸穩(wěn)定；曲軸孔要有高的表面精度。

為了保持產(chǎn)品高壽命、低成本和安全生產(chǎn)，大部分發(fā)動(dòng)機(jī)制造商采用鉸珩工藝作為加工曲軸孔的最終方法。

鉸珩工藝的關(guān)鍵在于其鉸珩珩磨頭和實(shí)際鉸珩過程。與傳統(tǒng)珩磨工藝相比，鉸珩珩磨頭已事先設(shè)定到工件所要求的最終加工尺寸，因此，鉸珩的切削過程只需要1～3個(gè)往復(fù)行程即告完成。珩磨頭去除金屬層的厚度為2～20mm。經(jīng)過鉸珩后可提高孔的形狀和尺寸精度一級，表面粗糙度值可達(dá)到Ra0.32，尺寸精度可達(dá)到IT1。鉸珩工藝最重要的特點(diǎn)是可以在一定程度上提高孔的位置精度。

表1  產(chǎn)品規(guī)范

總體描述

長城汽車股份有限公司生產(chǎn)的G01～G03四缸汽油機(jī)系列排量為1.1～1.5L，采用全鋁合金材質(zhì)，而發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸承蓋材料是鑄鐵材料，與缸體的材料不同，兩種材料一起的可加工性相差甚大，再加上需滿足較高要求的產(chǎn)品規(guī)范（見表1），曲軸孔雙金屬（下主軸承蓋鑄鐵和上缸體鋁合金）材料的加工無疑成了整條生產(chǎn)線加工難度較高的工序。

表2  曲軸孔（雙金屬）鉸珩加工參數(shù)對比

在前期生產(chǎn)線整體規(guī)劃階段，針對曲軸孔雙金屬材料差別較大、同時(shí)需滿足較高要求產(chǎn)品規(guī)范的實(shí)際情況，我公司的技術(shù)人員對同行發(fā)動(dòng)機(jī)公司進(jìn)行了針察，經(jīng)過對考察情況的對比、討論和分析（見表2），再加上對不同材料鉸珩工藝的對照（見表3），最終決定采用鉸珩的加工方法來完成曲軸孔的精加工。

表3  不同材料曲軸孔鉸珩圓度精度對比

問題的提出

2008年1～3月生產(chǎn)設(shè)備調(diào)試期間，在前道工序的加工質(zhì)量已滿足工藝要求的情況下，曲軸孔鉸珩完畢后經(jīng)過檢測，發(fā)現(xiàn)主要存在如下質(zhì)量問題：

1．曲軸孔表面產(chǎn)生不規(guī)則的劃痕，同時(shí)其表面粗糙度也超出規(guī)范（見圖1）；

2．曲軸孔的形狀公差（同軸度、圓度）也不滿足產(chǎn)品要求（見圖2）。

解決問題的思路及過程分析

針對以上問題，我們通過魚骨圖對過程因素進(jìn)行分析（見圖3），通過從切削液、刀具、加工參數(shù)、夾具和測量等幾方面進(jìn)行認(rèn)真的調(diào)查分析和多方論證，找出了影響曲軸孔鉸珩出現(xiàn)此種現(xiàn)象的主要原因，并采取了一些有效的措施，在生產(chǎn)過程中取得了不錯(cuò)的效果：

圖3  魚骨分析圖

1．曲軸孔鉸珩刀具

此刀具根據(jù)我公司的產(chǎn)品特性專門設(shè)計(jì)（見圖4），為了克服臥式加工中鉸珩刀具自身的重力，在前面增加了導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)（見圖5）。為了保證產(chǎn)品的圓度和同軸度，在刀具上導(dǎo)向條設(shè)計(jì)成可漲舒機(jī)構(gòu)，為了防止刀具磨損造成鉸珩直徑偏小，在后工序增加直徑檢測反饋系統(tǒng)油石采用金剛石，滿足高壽命（10萬件）的要求（見圖6）。

圖4  刀具結(jié)構(gòu)

加工檢測完畢后，從報(bào)告中發(fā)現(xiàn)曲軸孔檢測形狀在0°～180°（鋁合金）之間較大，而180°～270°（鑄鐵）區(qū)域較小。我們初步分析認(rèn)為是曲軸孔雙金屬材料的硬度差別較大，導(dǎo)致在切削的過程中產(chǎn)生過大抵抗力造成，尤其是雙金屬的過度區(qū)更加明顯，但是對相應(yīng)的參數(shù)（主要為壓力）進(jìn)行調(diào)整后，效果并未好轉(zhuǎn)。最后我們對設(shè)備精度進(jìn)行檢查（檢測方法見圖7），發(fā)現(xiàn)有異常，分析原因是前導(dǎo)向套下面的墊塊厚度不合理。重新選擇合適墊塊調(diào)整并加工檢測后，基本可達(dá)到工藝規(guī)范的要求。

圖5  導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)

2．測量設(shè)備和測量條件的選擇

圖6  鉸珩磨刀具

通過對缸體曲軸孔圓度、直線度和圓柱度等項(xiàng)目從測量系統(tǒng)和測量條件進(jìn)行分析（缸體曲軸孔測量內(nèi)容見圖8，分析過程見表4），我們得出如下結(jié)論：根據(jù)線性補(bǔ)償和圓周補(bǔ)償?shù)臏y量方法，一般按照如下條件選擇：

濾波要求：Rz≤2μm；濾波0～0.8 waves/mm；Rz＞2μm；濾波0～0.3 waves/mm，見圖8。

圖7  設(shè)備精度檢查

3．切削液的分析

因曲軸孔的材料是雙金屬組成，同時(shí)兩種材料在本質(zhì)上有較大的區(qū)別，使用同種刀具加工，無疑對切削液提出了更高的要求。

圖8  濾波要求

大家都知道，在金屬加工過程中使用切削液可以起到冷卻、潤滑、沖掉切削以及防止工件腐蝕等作用。而對鉸珩而言，切削的速度很低，接觸面積卻是一般磨削的數(shù)百倍，因此，磨粒上的切削應(yīng)力小，切削溫度低，產(chǎn)生的熱量少。因此，切削液在鉸珩中的主要作用是去削的洗滌作用和滲透降低切削磨擦的潤滑作用，這兩者的要求取決于切削液的粘度，且相互制約。對于加工切削成粒狀的鑄鐵而言，主要強(qiáng)調(diào)洗滌作用，對于鋁合金則要求的是潤滑作用。因此，對于雙材料金屬的加工，選擇合適的切削液是非常重要的。

表4  分析過程

經(jīng)過對預(yù)驗(yàn)收過程出現(xiàn)的類似情況，我們對切削液的化學(xué)成分以及濃度和PH值進(jìn)行了化驗(yàn)和檢查，發(fā)現(xiàn)有所差別。通過和切削液廠家的交流和溝通，我們采用了添加相應(yīng)的試劑的切削液，達(dá)到預(yù)驗(yàn)收的情況。加工后，技術(shù)人員對曲軸孔的加工表面進(jìn)行輪廓粗糙度測量，效果良好。調(diào)整前后切削液濃度對表面粗糙度和表面不規(guī)則劃痕程度的對比結(jié)果見表5。

表5  切削液濃度對表面粗糙度和表面不規(guī)則劃痕程度的影響

結(jié)語

經(jīng)過對切削液、刀具和測量系統(tǒng)的優(yōu)化，曲軸孔（雙金屬切削）的精加工采用鉸珩的方式使圓度、直線度和表面粗糙度在大批量生產(chǎn)時(shí)更易保證；珩磨機(jī)采用可漲舒導(dǎo)向條，且安裝在鉸珩刀珩磨條的前后兩端，可以保證鉸珩在全長范圍內(nèi)與孔表面緊密接觸，因此，通過鉸珩加工，可以使曲軸孔的加工精度得到顯著改善。

（轉(zhuǎn)載）