一种用于曲轴圆角滚压的滑架平衡机构

陈继红 林文学

(湖北职业技术学院，湖北 孝感 432000)

一种用于曲轴圆角滚压的滑架平衡机构

陈继红 林文学

(湖北职业技术学院，湖北 孝感 432000)

介绍了一种滑架平衡机构，应用于曲轴滚压机滚压曲轴圆角时，可消除滚压过程中在曲轴拐角两侧产生的不平衡压力及扭矩，保证曲轴滚压机的工作稳定性，提高曲轴滚压的生产精度，降低曲轴滚压的废品率。

曲轴；圆角；滚压；滑架

曲轴在发动机内是一个高速旋转的长轴，是发动机中的主要零件之一，在发动机五大件中是最难保证加工质量的零件。曲轴工作过程中工况条件恶劣，其失效形式一般是轴颈磨损和疲劳断裂。疲劳断裂往往是破坏性的，涉及安全方面，引起高度关注。曲轴圆角滚压强化工艺是提高曲轴疲劳强度最有效的手段之一，是实现曲轴“以铁代钢”的关键工艺[1]。

1 曲轴圆角滚压强化机理分析

曲轴圆角滚压加工就是曲轴圆角表面处在液压轮的压力影响下，其表面产生塑性变形，圆角表面的组织结构及形状会改变，使曲轴圆角处的组织紧密，晶粒拉长变细，从而在曲轴圆角表层内出现残余压应力，可与曲轴在工作时的拉应力抵消或部分抵消，从而提高疲劳强度；使得金属表层产生冷作硬化现象，滚压后圆角表层为一高硬度致密层，材料表面得到了强化；消除曲轴表面显微针孔和裂纹、气孔等铸造缺陷；圆角滚压可使圆角表面粗糙度达到Ra0.2 μm以下，从而极大减小了轴颈过渡圆角处的应力集中，加强了圆角处的材料物理性能，显著提高了曲轴疲劳强度。[2]

2 曲轴圆角滚压的工艺过程

曲轴圆角滚压一般是利用装在滚压臂上的滚压头对曲轴的各主轴颈和连杆颈圆角进行滚压，在曲轴圆角滚压机上实现。滚压开始前，机床的夹钳机构实现对曲轴各轴颈的夹紧和加压控制，滚动时，电动机带动机床头架控制曲轴的旋转转速和圈数，完成对曲轴各轴颈的滚压过程。该类滚压夹钳机构的工作原理是，滚压头和支撑头通过加压油缸夹紧曲轴轴颈,机构同时有两个滚压夹钳工作，分别对曲轴的主轴颈和连杆颈施加压力，曲轴跟随着头架的转动绕曲轴轴线旋转，这样连杆颈滚压钳与曲轴连杆、机架组成一个曲轴摇杆机构，连杆颈滚压钳随动，而主轴颈滚压钳夹紧主轴颈不需要随动，分别完成对两轴颈的滚压，然后滚压钳松开曲轴轴颈并通过滑架后退和横移，再通过曲轴的旋转调整好曲轴轴颈位置后，滚压钳前进到加工位置并夹紧下一对主轴颈和连杆颈进行滚压，如此反复，直到滚压完曲轴所有主轴颈和连杆颈[3]。

3 一种用于曲轴圆角滚压的滑架平衡机构

3.1 改进前曲轴圆角滚压强化加工工艺存在的不足

从上述曲轴圆角滚压的工艺过程中可以看出，曲轴圆角滚压机在滚压曲轴两侧拐角成型的过程中，由于曲轴两侧拐角处在前道工序的尺寸误差与形状误差，在滚压时两侧圆角对滚压机滑架的反作用力会不一致，从而两侧压力不平衡对滑架形成扭转力，而滑架与直线轴承副相连，滑架长时间反复滑动后，直线轴承副有可能产生损伤而导致无法运动。目前国内外市场上已存在的曲轴滚压机产品，大多数都没有消除滑架受到的扭力的平衡机构，为消除上述隐患，在曲轴滚压机中设计了一种克服上述不足，同时实用可靠的平衡装置即滑架平衡机构(见图1)，对曲轴滚压机的加工稳定性、防止滚压弯曲变形的产生等具有较大的现实意义。

3.2 新型滑架平衡机构设计

新型滑架平衡机构结构如图1，直线轴承副5装在前横架12上，前横架12装在机床床身13上，销座6固定在曲轴滚压机滑架4上。定位座10可在前横架12的槽内移动调整以对正摆座8和钢球3，调整后由锁紧螺母11锁紧固定。摆座8与定位座10通过圆柱销9相连。摆座8内装有内六角螺母1、弹簧2、钢球3，内六角螺母1通过拧入或拧出对弹簧2进行预压，同时将钢球3顶在定位座10上表面，并使摆座8处于左右高低一致的状态。工作中摆座8可一定程度上自动消除滑架所受扭力。销座6上的圆柱销7卡在摆座8上的矩形槽内。

该滑架平衡机构的工作原理是：滑架工作时所受扭转力传递给摆座，摆座绕圆柱销9的轴线轻微转动，使左右弹簧受力，弹簧力可抵消摆座偏转产生的扭力，并可在一定程度上驱使摆座复位，另外可通过调节左右内六角螺母，预调弹簧压紧力。

4 结语

实际制造和使用表明，本曲轴滚压机滑架平衡机构，结构简单、安装方便，调整快速，性能可靠的特点。应用于曲轴滚压机滚压曲轴圆角时，可以抵消由于滚压钳架受力不均而传递给滑架的扭矩(最大可抵消1 000 N·m的扭矩)，使滑架受力平衡，进而使工件的集中应力程度得到有效降低，从而提高曲轴滚压的生产精度(使滚压后的0.8 m长的六缸曲轴的整体弯曲变形<0.03 mm)，降低曲轴滚压的废品率(废品率<0.5%)，同时能保证曲轴滚压机的工作稳定性(在每3分钟1根的生产节拍下，连续滚压10 000根曲轴无故障)，提高了使用寿命。该结构及其各种变型已获国家发明专利(实用新型专利号ZL2014 2 0149774.6)。

[1]李海国等.球铁曲轴圆角滚压强化工艺[J].中国重型装备，2010(4)：27-28.

[2]郭威 . 曲轴圆角滚压强化技术综述[J].硅谷,2015(2)：167-168.

[3]李雄. 新型曲轴圆角滚压机夹钳的设计及结构的研究[D].武汉：武汉理工大学, 2012.

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A kind of carriage equilibrium mechanism for crankshaft fillet rolling

CHEN Jihong, LIN Wenxue

(Hubei Polytechnic Institute, Xiaogan 432000, CHN)

In this article, one kind of carriage equilibrium mechanism is introduced. When roller milling is used in crankshaft fillet rolling, unbalanced pressure and torque, which is generated during the crankshaft rolling at the bilateral sides of the crankshaft corner, could be eliminated. As a result, the operational stability of the roller mill is guaranteed and the production precision of crankshaft rolling is enhanced. And the rate of spoiled crankshaft rolling is reduced as well.

crankshaft; fillet; rolling; carriage

TH12

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.09.032

陈继红，男，1966年生，副教授，主要研究机械制造技术及加工工艺。拥有二项国家实用新型专利，已发表论文20余篇。

�茂) (

2016-04-19)

160937