曲轴类零件“表面光整加工”的新工艺探讨

本文仅在曲轴类零件精加工工艺微观表面质量”方面做些探讨，介绍旨在实现曲轴类零件表面完整性”的实用新技术：自由磨具滚磨光整加工技术。

1 表面光整jD-r机理的概述零件在获得规定的尺寸精度、几何精度之后，那些旨在提高零部件表面质量为目的的各种加工方法被称为表面光整加工技术。本文所述自由磨具滚磨光整加工技术，是由固体介质磨块、液体介质磨剂及水组成磨具，磨具在料箱中呈游离状态，再将被加工零件整体沉没于磨具中，磨具在料箱的带动下做自由运动(被加工零件被强制运动或随磨具自由运动)，零件和磨具在复杂的相对运动作用下，磨具以-定的压力，对零件表面进行碰撞、滚压、挤压、刻划、微量磨削，从而细化表面粗糙度、去除加工毛刺、钝化尖角棱边、改善表面缺陷、优化表面物理力学性能，达到提高零件表面质量、综合性能、使用性能的目的 。 。

2 光整Jju-r体现在微观表面几何特性方面1)选择不同的光整加工工艺参数，能使零部件表面的粗糙度Ra提高0.5～1.5个等级，见表1和表2。2)表面轮廓支承长度率Rmr值、轮廓支承长度率曲线Rmr(c)，能直接反映零件表面耐磨性 ，对提高承载能力也有重要意义。据美国来图加工的压气泵曲轴表面，规定在水平截距CI tm时Rmr值要求达到95%。

而我国内燃机零部件(除平台衍磨网纹气缸套外)基本上对Rmr值无要求，实测情况仪常低，见表3及图1，光整加工后Rmr值可提高3O%以上。3)光整加工是- 种微量磨削，是对零件表面轮廓峰高印 值的部分去除和钝化，见图2中剖线部分CI m时所示，通过光整工艺参数的选择，可使 值减少，控制在1-3 。

具体磨量数值可按Rmr(c)曲线计算。实际生产中可用千分尺对轴类零件的轴颈进行检测。4)光整加工可以明显改善、细化表面形貌和加工纹理，见图3。光整前的表面形貌和纹理、粗糙连续方向性明显；光整后的形貌、纹理细化不连续方向性淡化 ，呈现多点细粒状P型纹理特征。因此光整加工可大大降低零件配合表面的咬合倾向，提高耐磨性。

表1 615厂(陕西北方动力有限责任公司)发动机凸轮轴光整加工前后粗糙度对比测量位置 状态 粗糙度 测量数据/mm 平均值光整前 0.392 0.356 0.340 0.335 0.402 0.340 0.360轴端面光整后 0.198 0.165 O.161 O.189 0.165 0.176 0.175光整前 0.3l7 0.490 0.373 0.434 0.507 0.471 0.432 小凸轮升程面光整后 0.089 0.146 0.117 0.181 0.115 O.101 0.124光整前 O-364 0.561 0.449 0.524 0.579 O.44O 0.486 大凸轮升程面光整后 0.113 0.171 0.140 0.107 0.123 0.145 O.148表2 龙口龙泵燃油喷射有限公司油泵凸轮轴前后粗糙度对比序号 状态 凸轮升程面粗糙度值 测量数据/mm 平均值光整前 0.567 0.347 0.336 0.298 0.298 0.287 0.3831光整后 0.110 0.098 0.101 0.145 0.141 O.119 0.120光整前 0.464 0.385 0.412 0.463 0.398 0.582 0.4522光整后 0.220 0.195 0.145 O.121 0.109 0.120 O.152光整前 0.458 0.51l 0.453 0.444 0.404 0.485 0.4593光整后 0.169 0.155 0.184 0.126 0.125 0.097 0.143光整前 0.762 0.677 0.668 0.622 0.865 0.439 0.6724光整后 0.202 0.238 O.162 0.150 0.142 0.120 0.169表3 某四缸柴油机凸轮轴支承轴颈表面Ra及 片mr值测试结果编号 试验情况 a/mm CI btm时Rmf% 光整加工时间/min光整前 O.645 441号轴光整后 0.399 67 15光整前 .0551 442号轴光整后 0.369 88 220- 1.2- 3Rmr/%l00 1O 20 3O 40 5O 60 7O 8O 90 0图1 某四缸柴油机凸轮轴支承轴颈表面Rmr(c)曲线收稿日期：2013-03-13作者简介：刘桂莲(1957-)，女，山西临猗人，研究员，本科，主要从事光整技术研究与开发。E-mail：guilianliu###sina.com。

· 59 ·第4期(总第134期) 机 械 管 理 开 发 2013年 8月2)在湿H：s环境中，H S会发生电离，使水具有酸性 ，H S在水中的离解反应式为H：SH HS-。换热管的工作温度也处在氢应力腐蚀≥200℃的温度范围，发生SSCC的概率极大。

3)由于设备壳程工作压力为2743 MPa，>1.6MPa；H S-HCN共存；pH<7；根据HG/T20581-2011中7、8、2、6条，可判断该设备为H：s严重腐蚀环境。

4)换热管与管板的连接采用强度焊结构，见图2，管子与管板装配后存在着管孔与管子之间的间隙，往往会造成介质流动的死区，从而发生电化学腐蚀，会对钢管表面产生点蚀坑，成为SSCC的裂源 。

2.3 换热管局部轴向拉应力的存在分析虽然管程的工作压力高于壳程的工作压力，但相差不大，所以换热管所受的轴向压应力可不考虑；壳程的使用温度为1 18～239℃，高温下的壳程筒体受热膨胀伸长，因此换热管在轴向整个长度范围内的受力主要呈拉应力状态，且处于湿H S应力腐蚀的范围，极有可能产生SSCC的特殊拉应力。

3 分析结论1)设备实际运行工况中，在下管板背面积存液膜或液雾状态的H：s。因其H：s的含量较大，且温度高于200 oC，产生了湿硫化氢的应力腐蚀环境，在换热管与管板焊接接头的焊接应力作用于换热管端所形成的局部拉应力共同作用下，满足了SSCC的腐蚀条件，具备了应力腐蚀开裂的腐蚀条件，造成了设备特定区域的部分换热管管端的SSCC。2)造成换热管开裂泄漏的可能性 ，可 以排除由于制造质量和材料质量方面的原因。

4 设备结构和使用的改进措施为了避免设备运行时换热管产生SSCC造成整台设备失效，对设备的结构和使用提出了改进措施：1)增加排净口D。的数量。由原来的1个排净口改为2个，对称布置；并在D.管 口的正上方设置2个放空口，始终处于开启状态。2)将换热管和管板的连接结构，由原用强度焊改为强度焊加贴胀的结构，防止发生间隙腐蚀；制造时宜采用先焊接、后贴胀的工艺，贴胀采用应力分布均匀的液压胀接 ，避免较大加工硬化。

3)在支座的下方增加膨胀节 ，消除换热管的轴向拉应力 。

5 结束语分析了化工设备实际使用中产生的SSCC裂纹，为化工行业中类似设备设计制造提供了宝贵经验，避免了发生SSCC裂纹造成的设备返修或报废。