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曲轴磨削加工中的问题是嘛

发布时间:2021-07-12 01:38:24 阅读: 来源:工具钢厂家
曲轴磨削加工中的问题是嘛

曲轴磨削加工中的问题

曲轴磨削加工中的问题产生磨削裂纹的原因是复杂的,因素很多。如材料的物理性能,化学成分;铸造、锻压毛坯带来的各种缺陷;淬火、氮化等热处理不当等等,都会影响到磨削时出现裂纹。本文所研究的问题,仅限于磨削过程带来的裂纹。为了提高曲轴的疲劳强度和耐磨性,对主轴颈和连杆颈进行中频淬火(包括圆角)或氮化等方法进行强化。对于中频淬火,特别是硬氮化的轴颈,由于磨削方法不当,极易产生裂纹。裂纹对在工作中承受极大负荷的曲轴来说,是引起曲轴断裂的致命缺陷,因此,是绝对不能允许的。解决磨削裂纹的难度很大。一直困扰着一些企业。现在一般使用低应力磨削法,实践证明这是一该项目将有力推动大榭建设全球最大最具竞争力的MDI、HDI制造中心种有效的方法,但也存在一些问题。 1 低应力磨削低应力磨削是解决磨削裂纹的较好途径,目前在国内外使用较为广泛。低应力磨削采用的方法是:选用砂轮的硬度很软,粒度偏粗,磨削速度低,进给量小。在使用极压磨削液的条件下,可在磨削表面内0.025mm处,形成小于120MPa的残留应力,由于应力小,且大多为压应力,因此不产生裂纹。根据低应力磨削原理,曾应用于磨削硬氮化的302曲轴,效果较好。所磨主轴颈经探伤检测,没有裂纹。其磨削条件及工艺参数如下:曲轴材料42CrMn,氮外表擦拭干净化深度 0.5mm,硬度HV450,在M131外圆磨床上磨主轴颈外圆,砂轮为棕刚玉,粒度46,硬度H(软2),工件转速120r/min,砂轮速度26m/s,径向进刀量0.003mm,磨削液为硫化油。虽然低应力磨削是解决磨削裂纹常用的一种有效办法,但其效率太低,不适用于大批量生产。而且太软偏粗的砂轮,对保证曲轴的精度和粗糙度极为不利,要勤修砂轮,砂轮消耗大,加工成本高。在没有砂轮自动修整器的情况下,辅助时间长,影响生产效率。为此提出了探讨高效无裂纹磨削工艺的课题。 2 磨削应力及裂纹产生过程曲轴的机械加工过程中,会产生残留应力,磨削加工也不例外,有关研究表明,它的残留应力是由塑变应力、热变应力及相变应力三部分构成。对于表面淬火的曲轴,特别是硬氮化的曲轴,表面是一层硬壳故孺外加时钟,硬度为HV 420(HR15N 82),硬则脆,脆极易产生裂纹。脆则塑性差,因此硬而脆的表面,产生塑性变形应力的可能性很小,可以不考虑。磨削过程由摩擦、挤压及切削三过程组成。磨削过程中的摩擦和挤压剧烈时,它的能量绝大部分将转化为热能,其中传入工件的达到了80%,大量的热能使磨削区域的温度达到500℃-800℃,而磨粒的切削刃与切屑接触点的温度,瞬时值可达1000℃,传入工件的高温又集中于磨削部位的表层,表层温度高,里层温度低,表层及里层受热膨胀的体积大小因温度差不能同步,相互之间的牵制作用,形成了热变应力。对于表面硬度高的轴颈,这是磨削中残留应力的最主要部分。磨削时的表层温度若超过720℃左右的相变温度时,表层组织要发生相变,不同的金相组织,其体积大小是不同的,体积的增大与缩小,与金相组织的类型有关,外层金相组织改变而内层不变,相互之间的牵制作用,形成了相变应力,若将磨削时的表层温度控制在720℃范围内,不产生相变,也就不会形成相变应力。当磨削时表层温度超过相变温度720℃时,在温度剧升和相变的双重因素作用下,表层的体积向外膨胀,沿周边伸长,温度向内层传递较慢,里层温度低,膨胀也慢,它阻碍外层膨胀,使外层在周边上不能伸长,造成外层的压应力,这时不会产生裂纹。当磨削液使工件冷却时,表层迅速收缩,这时里层温度变化不大,不能同步收缩,里层对表面极薄层收缩的阻碍作用,形成表层的拉应力,使表层开裂,出现裂纹。总之,拉应力产生裂纹,压应力有利于提高工件的疲劳强度。 3 不产生磨削裂纹的工艺途径从产生裂纹的机理中可知,产生裂纹的根本原因,是磨削过程产生了高温。因此,磨削时工件不产生高温,或将高温在传入工件表层前将其带走,从这两方面着手,才是解决磨削裂纹的根本途径。高温绝大多数来源于磨削过程中的摩擦和挤压,减少摩擦和挤压是降低温度的关键。只有磨粒刃口锋利时,磨削过程是切削过程占主导地位,摩擦、挤压很轻微,产生的热量小,表层温度自然就低了。只要做到刃口锋利,并能维持较长时间的锋利。加强润滑,减小摩擦、挤压,也延长了锋利刃口的寿命。当刃口钝化时,应及时修整砂轮。基于上述认识,在半联动的时候决定从下列五个方面开展工作。 3.1 砂轮磨料是关键,选择合适的砂轮。对磨料性能的要求是硬度高,抗弯强度大,耐热性能好(热稳定性好)刃口锋利,且自锐能力强,耐磨性能高,能长期维护刃口锋利。磨料中棕刚玉价位低,其性能较差。白玉较好,铬刚玉、单晶刚玉和微晶刚玉则更好一些。有一些混合磨料性能也能满足要求。最理想的磨料为立方氮化硼(CBN)各种性能均优于刚玉类磨料,其显微硬度是刚玉的3 5倍,抗弯强度为其3.5倍,耐磨性能是刚玉的100倍。因此能长时间保持刃口的锋利,不会产生烧伤和裂纹。但其价格昂贵,修整困难。通过试验找到了价位适中,又能满足工艺要求的砂轮。 3.2 要使用自动砂轮修整器。必须做到磨一个轴颈,修一次砂轮,始终保持砂轮刃口的锋利性。 3.3 选择润滑性能好的磨削液,如含极压成份的切削液,硫化切削油等。在保证工艺要求的前提下,要考虑环保要求。 3.4 具有较大压力和流量的供液装置。磨削时能将充分的磨削液送入磨削区,进行高效的润滑、冷却和清洗,将热量带走,降低磨削区的温度,并避免砂轮堵塞。 3.5 具有高效的磨削液过滤装置。磨削液中的砂粒,铁屑等杂质,不仅对曲轴的精度、粗糙度有不利影响,而且它会破坏润滑膜,成为裂纹源。因此必须将磨削液中的杂质过滤清除。 4 无裂纹的高效磨削四年前,根据前述分析和思路,选择了合适的磨床,完善其功能。进行了一系列试验,从中优选出较好的工艺方案,用于批量生产。基本解决了淬火和硬氮化处理的曲轴,在普通磨削(磨削V=30m/s)和高速磨削(V=50m/s)的条件下无裂纹。这几年,已用于各类曲轴的大批量生产。其中,很多曲轴出口国外,取得了好的经济效果。以磨削302硬氮化曲轴连杆颈为例,介绍其有关参数。使用的磨床是KA500 1250CNC-S(德)半自动连杆颈磨床,该磨床具有数控砂轮修整器,磨完一个连杆颈后,能自动修整砂轮一次。使用压力大、流量大的水泵,三个喷嘴对砂轮清洗,润滑冷却磨削区。压力1..8Mpa。主喷嘴流量L/S,用于砂轮及轴颈外圆的冷却润滑。每个支喷嘴流量L/S,用于圆角及侧面。实验证明流量过小或过大均会产生裂纹。流量大小,还要根据工件材质和热处理状况进行调整。磨削液使用磁性过滤器和涡旋分离器双重过滤系统净化处理,净化率可达到大于99%。砂轮使用刚玉类混合磨料,60粒度,M级(中1)硬度,高速磨削V=50m/s。其主要参数与低应力磨削的比较见表2。由于使用了高速磨削,其进给量又比低应力磨削大,生产效率高,是低应力磨削的3~5倍。 5 结论 5.1 低应力磨削是解决磨削裂纹的有效途径,使用比较广泛。但是使用砂轮的硬度低,粒度粗,对保证工件的精度和粗糙度不利,磨削效率低,不利于大批量生产。使用硫化切削油,气味重,有污染,不利于工人操作。 5.2 不产生磨削裂纹的关键因素是较长时间保持砂轮微刃的锋利。锋利的刃口,减缓了磨削过程中的摩擦挤压过程,从而降低了磨削区的温度。若降至600℃以下,或更低。磨削液能将热量迅速带走,磨削部位表、里层温度低,梯度小,也就不会出现裂纹。 5.3 保持砂轮微刃锋利的方法是:①选用物理性能好的磨料;②勤修砂轮,采用能自动修整砂轮的磨床,磨一个连杆颈修一次砂轮;③采取润滑性能好的水基极压磨削液;④使用压力较大,流量充分的磨削液的供液装置,并具有净化率高的过滤系统。 5.4 无裂纹高效磨削的优点是:效率高,更容易保证工件的加工质量(精度和粗糙度),可使用水基磨削液,改善了磨削环境,优于低应力磨削。但目前国内有不少的磨床不具备所需的功能,若能按上述要求改装,亦能达到同样的目的。 5.5 无裂纹高效磨削工艺,还需要进一步研究完善,优选出更佳的工艺参数。

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