提高生产节拍及疲劳强度的滚压工艺与参数（一）

曲轴是发动机的重要组件，可以将连杆的往复运动转变为自身的旋转运动，是发动机的动力源。目前提高曲轴疲劳强度的方法有表面感应淬火、氮化和深度滚压。

曲轴表面感应淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而芯部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火方法。表面淬火时通过快速加热，使钢件表面很快达到淬火的温度，在热量来不及穿到工件芯部时就立即冷却，实现局部淬火。其优点是可以提高材料的硬度及耐磨性，获得较高的机械强度；缺点是材料的脆性增加，易产生淬火变形或裂纹等缺陷。

曲轴氮化是指在一定温度下一定介质中使氮原子渗入到工件表层的化学热处理工艺。其优点是可以提高曲轴的耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性及耐高温的特性；缺点是生产周期长、成本较高、渗氮层较薄（一般为0.5mm左右）且脆性较大，不能承受太大的接触应力及冲击载荷。

曲轴滚压是利用金属在常温状态下的冷塑性特点，对工件表面施加一定的压力，使工件表层金属产生塑性变形，形成内部残余应力，增加表面硬化层，提高表面粗糙度，进而提高曲轴的疲劳强度。

圆角滚压是生产效率最高的曲轴强化方法，可以有效提高曲轴的疲劳强度，通过调整滚压参数，有效减少滚压校直次数，提升节拍。

曲轴滚压工艺

曲轴作为一种非均匀性零件，应力集中于曲柄与主轴颈、连杆颈的圆角过渡处，容易发生疲劳破坏。为了提高曲轴的疲劳强度，在曲轴圆角过渡处采用深度滚压工艺（见图1），通过滚压轮使该处产生残余压应力，增加圆角处表面硬化层，改善圆角表面粗糙度，以克服曲轴在高速运转时的拉应力，提高曲轴的疲劳强度。通过合理的圆角滚压，曲轴的疲劳强度可以提高180%~250%。疲劳强度与滚压力、滚压半径之间的关系如图2所示。

滚压参数的设定

滚压机主轴颈和连杆颈的深滚压装置的功能是相同的，连杆颈的滚压装置配有附加的行程调整油缸。深滚压单元由装有深滚压头的前部和装有支撑滚轮头的后部组成。当机床开始运转时，带有5个柱塞的液压油缸使滚压装置打开、闭合并产生滚压力，滚压臂随曲轴旋转滚压圆角。

滚压按照力有无变化可分为恒力滚压和变力滚压。恒力滚压圈数较多，一般设定16圈，滚压力较小，在6000~7000N之间，单件加工节拍较长；变力滚压滚压圈数一般选择3-6-3，滚压力较大，一般设定在9000~11000N，单件加工节拍小，对滚压刀具及机床要求较高。一般情况下，滚压力越大疲劳强度提升越大，但非线性增长。若滚压力超过最大界限值，即使滚压力提升，疲劳强度也无法提高，滚压力对机床、刀具寿命都有负面影响，多以需要通过实验的方法找到一个平衡位置。目前多数滚压机选用变力滚压，对提高曲轴疲劳强度及加工节拍都有很大帮助。

曲轴在高速运转时，主轴颈、连杆颈与曲柄过渡的圆角处应力集中，对前工序圆角加工质量要求较高，若前序加工中出现裂纹，长时间高负荷运转时会导致曲轴疲劳断裂。目前轴颈的沟槽一般采用车削或者铣削的方式加工，完成后表面粗糙度达到Ra6.3以下，经过滚压后圆角沟槽粗糙度会达到Ra1.6以下，满足高负荷运转的需求。