引言
曲軸類零件作為發動機的關鍵零部件，對發動機整機性能有十分關鍵的影響，根據設計要求，除滿足較高的制造精度外，其表面質量、清潔度也很重要，可大幅度提高曲軸的使用性能和壽命，降低市場咬瓦、斷軸等故障的發生。目前，對于曲軸( 包括進口曲軸及國內引進先進加工設備的高檔生產線) 的表面光整問題，沒有一種高效全面的加工方法，這是當前實際生產中的技術難題。國內外大中型曲軸主要光整工藝，仍是采用砂帶拋光和手工打磨等形式，受工藝手段限制，其加工質量、效率和成本均不理想。
本文以某廠滾磨工藝在實際生產中的應用實例，著重就滾磨加工原理、不同滾磨工藝的特點及適用零件、磨料、工作介質( 磨液) 、工藝參數優化等進行闡述，并通過實際曲軸滾磨工藝實施前后的對比，詳細的論述了滾磨的相關工藝要點。
1 曲軸滾磨光整工作機理及特點
滾磨光整加工技術應用于發動機曲軸，可以使其表面質量、清潔度、防銹性能等大幅度提高，其主要工作原理是: 由顆粒狀磨料和多功能磨液以及水組成磨具，磨具在料箱中做復雜的自由運動，將工件沉沒于磨具之中旋轉運動，工件與磨具以一定的相對速度和作用力發生摩擦、擠壓、刻劃和微量切削，以達到表面質量的提高。尤其對曲軸而言，由于結構復雜人工去除毛刺困難，幾乎無法通過常規工藝手段得到比較完美的外觀質量，而滾磨光整技術卻可以十分有效的解決此問題。
滾磨光整加工技術的具體效果和主要特點包括:
a． 能較全面地去除毛刺、圓化尖角銳邊。
b． 能去除手工無法去除( 如曲軸線板部位、鍛造結構R 部位) 的銹蝕、氧化層和改善缺陷，使表面光亮奪目柔和。
c． 能有效提高曲軸清潔度、顆粒度，工藝過程相對穩定。
d． 細化表面組織，提高軸頸表面殘余壓應力的數值。
e． 改善裝配性，提高可靠性和使用壽命，降低市場咬瓦、斷軸等故障率。
2.滾磨加工的幾種典型形式及特點
a． 渦流式。加工前將磨料裝入滾筒內，加工中將工件和工作介質( 磨液) 加入滾筒，在旋轉底盤的帶動下，滾筒中的工件和工作介質在離心力的作用下，延筒壁爬高，當達到一定高度時下落到滾筒中間底部，這一過程重復發生，使工件和工作介質產生螺旋狀的渦流運動，從而在工件被加工表面與磨料件產生相對運動，工件被均勻地拋光、倒角、去毛刺。從該工藝的特點分析，比較適合小件的光整加工，對大件如曲軸不適合。圖1 是渦流式滾磨機工作原理圖。
b． 振動式。主要靠容器在特定的頻率和振幅下
振動時，工件和磨料件產生碰撞、滾壓和微量磨削，從而達到拋光的目的。振動式主要應用于中小件的光整加工，加工質量好、加工效率高，但因振動產生的噪音比較大，因振動沖擊對曲軸主要幾何尺寸如跳動、中心距等造成破壞，因此，該工藝對曲軸不適用。圖2 是振動式滾磨機工作原理圖。
c． 離心式。是將工件、磨料和工作介質按一定比例加入密閉滾筒中，滾筒作行星運動，在慣性力的作用下，工作介質產生強制流動，使磨料與被加工表面產生滾壓、微量磨削，實現拋光。主要應用于中小件另外工件在光整過程中有較大的沖擊力，因此不適用于曲軸光整加工。
d． 主軸式。是將工件安裝在工作主軸上，加工時放置在有磨料和工作介質的容器中，加工時主軸作旋轉，容器也作旋轉或上下往復運動，使磨料與被加工件表面產生碰撞、滾壓、和微量磨削，實現拋光、去毛刺和倒楞。主軸旋轉時可作公轉、擺動和往復運動，使滾磨效果更好，此工藝工件獨立安裝定位，在光整加工過程中沖擊力小，適合于曲軸的光整加工。
3 磨粒的種類及特點
a． 磨粒的種類
磨粒按工作原理分兩大種類，一類是剛玉磨料，這類磨料通過工件與磨料的相對運動，直接參與切削，因此，磨料的性能與砂輪接近，一般采用棕剛玉、白剛玉，材料價格低、磨粒鋒利、硬度低，有利于在低速的條件下更有效的去除銳邊、毛刺，同時又不傷害到淬硬的軸頸表面。另一類是尼龍球或塑料球，其本身并不參與切削，而是借助于黏附于其表面的磨液中的磨料和其他化學物品對曲軸進行光整。
b． 磨粒的硬度
對于剛玉類磨削球來說，一般采用硬度比較低的棕剛玉、白剛玉，因其可有效減少對已經精加工的軸頸表面的破壞，而對于實際起到磨料載體的尼龍球或塑料球來說，其本身的硬度并不重要，而只是起到一個載體的作用，依靠自身的重量提供足夠的摩擦、切削力。
c． 磨料的形狀
要解決曲軸各部位圓角部分是光整加工的目標之一，因此選擇磨塊的形狀和尺寸大小也是很重要的，先后試驗過球形、正菱形、小圓柱體等多種形狀，最后選用了一種Φ3 mm 小球體的形狀，效果較好。
4 磨液的種類和特點
a． 四氯化碳類磨液。
這類磨液具有比較鋒利的磨削效果，顆粒比較細也比較均勻，因此，光整后能夠得到比較好的表面粗糙度。同時，由于四氯化碳具有表面鈍化作用，在曲軸表面能夠形成保護氧化層，對提高曲軸的表面外觀質量、以及提高曲軸的防銹性能起到良好的作用，但其本身帶有毒副作用，因此對環境及操作者均帶來傷害，目前已逐步淘汰。
b． 滾磨光整專用磨液，該磨液考慮光整加工中需要達到的各方面因素，因此，在切削性能保持不變的情況下，能有效提高光整加工的效率，提高工作節拍，達到更為理想的光整效果，同時，對環境及操作人員的傷害降低到最小。
5 曲軸滾磨光整案例
考慮到曲軸本身剛性不足，工件加工尺寸又較大，在拋光過程中不能破壞跳動、中心距、軸頸尺寸，同時考慮到曲軸在加工過程對于沿軸線方向的加工均勻性，本方案采用了立式行星曲軸滾磨工藝，每次安裝2 支曲軸同時滾磨光整。采用立式行星曲軸滾磨設備，還便于集中布置在生產線中。
5.2 設備結構及工作原理
立式曲軸滾磨機床見圖3，曲軸水平放置裝夾在主軸和頂尖間，由升降機構帶動，插入料箱磨料中，主軸帶動工件旋轉。而料箱帶動磨料、磨液( 水溶液) 作線性往復運動，從而使磨料與工件表面產生擠壓、磨擦等，實現對工件的微切削高效加工，并通過回轉和往復運動不同的速度組合，使曲軸不同部位的不同形狀均獲得均勻的光整，以獲得曲軸整體表面最佳的光整效果。
5．3 技術規格
滾磨設備技術規格見表2。
5.4 相關工藝參數
滾磨設備相關工藝參數見表3。
5.5 滾磨光整工藝效果
a． 曲軸外面毛刺、銳邊情況
降低了軸頸表面粗糙度，能夠穩定達到
0.15～0.25μm( 圖紙要求0.32μm) ，曲軸外觀所有棱邊光滑無毛刺，同時由于非加工面滾磨后有鈍化作用，因此，與未進行整體拋光曲軸有明顯的改善，外觀明顯光亮順滑，見圖4，圖5。
b． 清潔度情況
未采取光整工藝時清潔度不穩定，采用光整工藝后，曲軸整體清潔度已達到要求，并從連續跟蹤的情況分析，十分穩定，見表4、表5。
根據上表，采用光整工藝后總體清潔度降低67.1%，油道清潔度降低24.7%。
c． 曲軸銹蝕情況
加工后采取整體拋光工藝，使曲軸表面光滑、表面鈍化，延長了曲軸的防銹期。為確定曲軸滾磨后提高防銹性能的效果，在2010年的6月10日（6，7，8 月正是雨季，空氣比較潮濕) 做了曲軸裸放試驗，共挑選4 根噴丸效果最佳的550 曲軸廢品( 經過滾磨加工和未經過滾磨加工各2 支) ，然后將曲軸架起來放在通風良好、不會被雨淋的環境里，定期去觀察，結果如下:
a． 未經光整加工的2 根曲軸分別在7月6日、7月7日( 分別為第26天、第27天) 開始在軸頸上出現銹點，非加工面也開始出現銹跡。
b． 經光整加工的曲軸在7月14日、7月16日( 分別為34 天、36 天) 開始在非加工面上有銹蝕現象。
曲軸防銹性能提高量計算:
( 34－26)÷26×100% = 30.8%
( 36－27)÷27×100% = 33.3%
由此可以得出結論: 經過整體拋光的曲軸防銹性能可以提高約30%。
6 結束語
曲軸滾磨光整加工工藝，是提高曲軸表面質量、清潔度及防銹性能的有效途徑，該工藝已比較成熟，具有投資成本低、材料消耗少、加工效率高及光整效果明顯的特點，值得在曲軸加工中推廣。在該工藝的使用過程中，根據需要光整的曲軸產品系列，要選擇合適的光整設備、磨料、磨液，并根據自身曲軸的特點，通過不斷試驗，優化光整工藝各環節參數，來取得最好的效果。
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