图1  珩磨后的曲轴孔表面（高倍放大）

长城汽车股份有限公司根据实际情况，对发动机缸体曲轴孔的精加工采用铰珩工艺，使孔的圆度、直线度和表面粗糙度在大批量生产时更易保证，大大改善了孔的加工精度。

曲轴孔的作用主要是为了支撑曲轴，同时，传递从曲轴柄传来的扭矩并通过法兰输出，吸收气缸轴向和侧向力。为使曲轴运转时的摩擦力尽可能小，曲轴孔要有相当高的同轴度，这也决定了发动机在运转时的平稳性。

图2  同轴度超差报告

鉴于曲轴孔的重要性，加工曲轴孔要做到如下几点：曲轴孔的中心到缸体面之间的距离偏差要很小；曲轴孔间要有很高的同轴度；每个曲轴孔都要有很好的圆度；为了减少轴瓦的级别，要求曲轴孔的径向尺寸稳定；曲轴孔要有高的表面精度。

为了保持产品高寿命、低成本和安全生产，大部分发动机制造商采用铰珩工艺作为加工曲轴孔的最终方法。

铰珩工艺的关键在于其铰珩珩磨头和实际铰珩过程。与传统珩磨工艺相比，铰珩珩磨头已事先设定到工件所要求的最终加工尺寸，因此，铰珩的切削过程只需要1～3个往复行程即告完成。珩磨头去除金属层的厚度为2～20mm。经过铰珩后可提高孔的形状和尺寸精度一级，表面粗糙度值可达到Ra0.32，尺寸精度可达到IT1。铰珩工艺最重要的特点是可以在一定程度上提高孔的位置精度。

表1  产品规范

总体描述

长城汽车股份有限公司生产的G01～G03四缸汽油机系列排量为1.1～1.5L，采用全铝合金材质，而发动机的主轴承盖材料是铸铁材料，与缸体的材料不同，两种材料一起的可加工性相差甚大，再加上需满足较高要求的产品规范（见表1），曲轴孔双金属（下主轴承盖铸铁和上缸体铝合金）材料的加工无疑成了整条生产线加工难度较高的工序。

表2  曲轴孔（双金属）铰珩加工参数对比

在前期生产线整体规划阶段，针对曲轴孔双金属材料差别较大、同时需满足较高要求产品规范的实际情况，我公司的技术人员对同行发动机公司进行了针察，经过对考察情况的对比、讨论和分析（见表2），再加上对不同材料铰珩工艺的对照（见表3），最终决定采用铰珩的加工方法来完成曲轴孔的精加工。

表3  不同材料曲轴孔铰珩圆度精度对比

问题的提出

2008年1～3月生产设备调试期间，在前道工序的加工质量已满足工艺要求的情况下，曲轴孔铰珩完毕后经过检测，发现主要存在如下质量问题：

1．曲轴孔表面产生不规则的划痕，同时其表面粗糙度也超出规范（见图1）；

2．曲轴孔的形状公差（同轴度、圆度）也不满足产品要求（见图2）。

解决问题的思路及过程分析

针对以上问题，我们通过鱼骨图对过程因素进行分析（见图3），通过从切削液、刀具、加工参数、夹具和测量等几方面进行认真的调查分析和多方论证，找出了影响曲轴孔铰珩出现此种现象的主要原因，并采取了一些有效的措施，在生产过程中取得了不错的效果：

图3  鱼骨分析图

1．曲轴孔铰珩刀具

此刀具根据我公司的产品特性专门设计（见图4），为了克服卧式加工中铰珩刀具自身的重力，在前面增加了导向套结构（见图5）。为了保证产品的圆度和同轴度，在刀具上导向条设计成可涨舒机构，为了防止刀具磨损造成铰珩直径偏小，在后工序增加直径检测反馈系统油石采用金刚石，满足高寿命（10万件）的要求（见图6）。

图4  刀具结构

加工检测完毕后，从报告中发现曲轴孔检测形状在0°～180°（铝合金）之间较大，而180°～270°（铸铁）区域较小。我们初步分析认为是曲轴孔双金属材料的硬度差别较大，导致在切削的过程中产生过大抵抗力造成，尤其是双金属的过度区更加明显，但是对相应的参数（主要为压力）进行调整后，效果并未好转。最后我们对设备精度进行检查（检测方法见图7），发现有异常，分析原因是前导向套下面的垫块厚度不合理。重新选择合适垫块调整并加工检测后，基本可达到工艺规范的要求。

图5  导向套结构

2．测量设备和测量条件的选择

图6  铰珩磨刀具

通过对缸体曲轴孔圆度、直线度和圆柱度等项目从测量系统和测量条件进行分析（缸体曲轴孔测量内容见图8，分析过程见表4），我们得出如下结论：根据线性补偿和圆周补偿的测量方法，一般按照如下条件选择：

滤波要求：Rz≤2μm；滤波0～0.8 waves/mm；Rz＞2μm；滤波0～0.3 waves/mm，见图8。

图7  设备精度检查

3．切削液的分析

因曲轴孔的材料是双金属组成，同时两种材料在本质上有较大的区别，使用同种刀具加工，无疑对切削液提出了更高的要求。

图8  滤波要求

大家都知道，在金属加工过程中使用切削液可以起到冷却、润滑、冲掉切削以及防止工件腐蚀等作用。而对铰珩而言，切削的速度很低，接触面积却是一般磨削的数百倍，因此，磨粒上的切削应力小，切削温度低，产生的热量少。因此，切削液在铰珩中的主要作用是去削的洗涤作用和渗透降低切削磨擦的润滑作用，这两者的要求取决于切削液的粘度，且相互制约。对于加工切削成粒状的铸铁而言，主要强调洗涤作用，对于铝合金则要求的是润滑作用。因此，对于双材料金属的加工，选择合适的切削液是非常重要的。

表4  分析过程

经过对预验收过程出现的类似情况，我们对切削液的化学成分以及浓度和PH值进行了化验和检查，发现有所差别。通过和切削液厂家的交流和沟通，我们采用了添加相应的试剂的切削液，达到预验收的情况。加工后，技术人员对曲轴孔的加工表面进行轮廓粗糙度测量，效果良好。调整前后切削液浓度对表面粗糙度和表面不规则划痕程度的对比结果见表5。

表5  切削液浓度对表面粗糙度和表面不规则划痕程度的影响

结语

经过对切削液、刀具和测量系统的优化，曲轴孔（双金属切削）的精加工采用铰珩的方式使圆度、直线度和表面粗糙度在大批量生产时更易保证；珩磨机采用可涨舒导向条，且安装在铰珩刀珩磨条的前后两端，可以保证铰珩在全长范围内与孔表面紧密接触，因此，通过铰珩加工，可以使曲轴孔的加工精度得到显著改善。