許增祥 崔雙 周煥軍 上海船用曲軸有限公司（201308）

許增祥（1984年～），男，本科，助理工程師，從事大型半組合船用柴油機(jī)曲軸制造工藝工作。

0 概述

“十一五” 時(shí)期是我國(guó)船舶工業(yè)高速發(fā)展的五年。2010年我國(guó)造船完工量6 560萬(wàn)載重噸，躍居世界第一，國(guó)際市場(chǎng)占有率達(dá)43.6%，完成工業(yè)增加值1 662億元，增加值占工業(yè)總產(chǎn)值比重達(dá)24%，實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入超過(guò)6 000億元，船舶出口額突破400億美元。在主流船型、高技術(shù)船舶、海洋工程裝備領(lǐng)域科技創(chuàng)新取得重大突破，主要船用設(shè)備本土化配套能力快速提升，造船周期明顯縮短，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量顯著改善，投資主體進(jìn)一步多元化，我國(guó)已經(jīng)成為世界主要的造船大國(guó)之一。船用柴油機(jī)曲軸是船舶的關(guān)鍵部件，而大型半組合船用柴油機(jī)曲軸是船用柴油機(jī)的關(guān)鍵部件。上海船用曲軸有限公司自2002年成立以來(lái)產(chǎn)品已基本覆蓋了MAN和Wartsila兩大公司設(shè)計(jì)的50機(jī)及以上世界品牌柴油機(jī)全部規(guī)格曲軸，并得到了上述兩大公司的認(rèn)可和船級(jí)社、船東的肯定。

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出動(dòng)力的核心部件，是驅(qū)動(dòng)車(chē)、船等運(yùn)輸工具的重要?jiǎng)恿?lái)源。對(duì)于推動(dòng)幾萬(wàn)t到幾十萬(wàn)t船舶進(jìn)行遠(yuǎn)洋航行的船用低速柴油機(jī)， 用于傳遞巨大扭矩的曲軸更是一個(gè)制造要求極高的重要零件。半組合式曲軸整體質(zhì)量大，材質(zhì)要求特殊，冷熱工序多道，加工精度高，故有極大的制造難度。

半組合式船用曲軸（以下簡(jiǎn)稱(chēng)曲軸）輸出端和自由端法蘭用來(lái)安裝鏈輪、飛輪和減震器。其端面和外圓跳動(dòng)要求都很高。法蘭外圓和端面跳動(dòng)要求在0.04mm以?xún)?nèi)，端面平面度要求在0.03mm以?xún)?nèi)。

1 曲軸法蘭孔加工方案分析

1.1 普通加工方案

曲軸輸出端是傳遞動(dòng)力的關(guān)鍵部位，如果其跳動(dòng)和端面平面度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，將影響曲軸飛輪和減震器與曲軸法蘭端面貼合的緊密程度，進(jìn)而影響柴油機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。

曲軸法蘭孔的加工是曲軸在曲車(chē)上完成精加工后，轉(zhuǎn)移至鏜床上進(jìn)行加工。曲軸法蘭部位結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，在鉆法蘭孔過(guò)程中其受力不均，容易導(dǎo)致法蘭跳動(dòng)和端面平面變化（見(jiàn)圖1）。

圖1 法蘭鉆孔過(guò)程中受力和變形示意

現(xiàn)在使用的法蘭鉆孔工藝為：

（1）用適當(dāng)鉆頭鉆法蘭孔至粗加工尺寸；

（2）鏜孔至圖樣尺寸；

（3）潤(rùn)滑方式為噴水基切削液潤(rùn)滑。

曲軸在完成精加工后法蘭外圓跳動(dòng)、端面跳動(dòng)和端面平面度符合圖樣要求，但是法蘭鉆孔后，因鉆孔過(guò)程中曲軸法蘭局部受力，并且法蘭孔周?chē)艿降毒叩臄D壓，其跳動(dòng)和平面度有會(huì)出現(xiàn)超差，尤其是法蘭孔周?chē)?/p>

法蘭孔鉆孔后跳動(dòng)和平面度超差的原因，有以下三種可能：

（1）鉆孔法蘭較薄，法蘭受單邊軸向力影響，而導(dǎo)致跳動(dòng)和端面平面度超差；

（2）因鉆頭較鈍以及切削參數(shù)不當(dāng)，導(dǎo)致鉆孔處法蘭受擠壓，導(dǎo)致跳動(dòng)和端面平面度超差；

（3）切削過(guò)程中冷卻不充分，鉆削過(guò)程中，法蘭在切削熱的作用下導(dǎo)致塑性變形，而使跳動(dòng)和端面平面度超差。

1.2 創(chuàng)新加工方案

依據(jù)上述分析法蘭孔鉆孔后跳動(dòng)和平面度超差的原因，對(duì)普通法蘭孔加工方案進(jìn)行改進(jìn)如下：

（1）采用合理的分級(jí)式鉆孔，即分三次鉆孔，例如：加工6×?58mm孔時(shí)，依次使用?20mm鉆頭、?40mm鉆頭和?55mm鉆頭，最后擴(kuò)孔加工符合圖樣要求。

（2）采用較鋒利的鉆頭和鏜刀，并改進(jìn)切削參數(shù)，根據(jù)具體的機(jī)床適當(dāng)提高切削速度，降低進(jìn)給速度。

（3）安裝高壓噴嘴試?yán)鋮s裝置，以使在鉆孔過(guò)程中法蘭能及時(shí)散熱控制法蘭的溫升。

（4）在法蘭后面放置鉆孔模板，以增加鉆孔處法蘭的剛度，使力分散到模板上。

2 實(shí)施過(guò)程及結(jié)果

2.1 定制法蘭孔鉆孔模板

依據(jù)改進(jìn)加工方案，對(duì)6RT-Flex82C曲軸進(jìn)行鉆孔測(cè)試。該機(jī)型法蘭孔15×?58的定位圓為?1 720mm。因此根據(jù)曲軸法蘭定制法蘭鉆孔模板（見(jiàn)圖2）。

圖2 法蘭鉆孔模板

該模板為上下兩塊，裝配時(shí)兩半邊拼合在一起。

2.2 模板安裝

（1）將法蘭鉆孔模板其中一半邊裝到曲軸輸出端法蘭上并用支撐桿固定（見(jiàn)圖3）。

（2）曲軸旋轉(zhuǎn)180°。

（3）再將另一半邊法蘭鉆孔模板也裝配到曲軸輸出端法蘭上，用支撐桿固定，并用螺栓將法蘭鉆孔模板上下兩半固定（見(jiàn)圖4）。

圖3 法蘭鉆孔模板安裝示意

圖4 法蘭鉆孔模板安裝示意

2.3 試驗(yàn)過(guò)程

1. 將曲軸放到支撐上，輸出端側(cè)朝機(jī)床主軸側(cè)，裝卡曲軸，以法蘭端面為基準(zhǔn)找正在0.03mm內(nèi)，固定曲軸。

2. 在曲軸輸出端推力法蘭上劃第一缸上止點(diǎn)線(xiàn)及中心十字線(xiàn)。根據(jù)曲軸圖樣劃輸出端軸頸及自由端軸頸上各法蘭孔加工線(xiàn)。

4.加工過(guò)程中，全程加冷卻液；加工使用的鉆頭磨削鋒利，兩側(cè)刃口基本一致。加工過(guò)程中，注意鉆頭使用情況，及時(shí)磨削，保持刃口鋒利；鉆孔時(shí)，使用對(duì)稱(chēng)鉆孔方法。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

測(cè)量曲軸鉆法蘭孔前后跳動(dòng)和平面度（見(jiàn)圖5），測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖5 曲軸輸出端跳動(dòng)項(xiàng)目

表1 曲軸跳動(dòng)數(shù)據(jù)

分析上述數(shù)據(jù)，新工藝使曲軸法蘭孔軸向和徑向跳動(dòng)提高了0.02～0.04mm，改善比例達(dá)40%。對(duì)比鉆孔前跳動(dòng)和新工藝鉆孔后跳動(dòng)可以發(fā)現(xiàn)，采用新工藝加工曲軸法蘭孔對(duì)跳動(dòng)的影響極小。采用原來(lái)的鉆孔方法曲軸法蘭的跳動(dòng)和平面度變化很大并且超差，而采用改進(jìn)后的工藝鉆孔后其跳動(dòng)和平面度變化不大，沒(méi)有超差現(xiàn)象。

4 結(jié) 論

半組合大型船用曲軸法蘭孔加工方案，有效解決了法蘭孔加工前后變化問(wèn)題。該方案進(jìn)一步改善了曲軸制造流程中因客觀(guān)原因?qū)е碌那S質(zhì)量不合格現(xiàn)象，進(jìn)而使曲軸產(chǎn)品質(zhì)量得到了有效的控制。

通過(guò)分析曲軸鉆法蘭孔后跳動(dòng)和平面度超差的原因，研究出了切實(shí)可行的工藝系統(tǒng)。

該工藝系統(tǒng)能避免曲軸鉆法蘭孔后跳動(dòng)超差，通過(guò)提高工件的剛度，優(yōu)化切削參數(shù)，解決曲軸鉆孔后法蘭跳動(dòng)和平面度變化的問(wèn)題，進(jìn)而提高了曲軸的質(zhì)量。該工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單易行，切合實(shí)際[4]。

該工藝系統(tǒng)以最基本的原理為出發(fā)點(diǎn)，有效解決了曲軸生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題[5]，對(duì)曲軸的制造技術(shù)的提高起到很大的促進(jìn)作用。

[1] 余云嵐,張堅(jiān). 我國(guó)船用低速大功率柴油機(jī)曲軸制造技術(shù)的發(fā)展[J]. 上海造船，2009(4).

[2] 王先逵. 機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3] 張國(guó)寶.裝備制造業(yè)的自主創(chuàng)新問(wèn)題[J]. 求是,2008(8).

[4] 畢克新,丁曉輝,馮英浚. 制造業(yè)中小企業(yè)工藝創(chuàng)新及測(cè)度評(píng)價(jià)現(xiàn)狀和發(fā)展[J].科研管理，2002(2).

[5]姚芊,畢克新.制造業(yè)工藝創(chuàng)新動(dòng)力模式研究評(píng)述[J]. 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2011(3).