大連萬德厚船舶工程有限公司 （遼寧 116600） 陳 楠

秦皇島長白機械有限責(zé)任公司 （河北 066311） 王繼紅

活塞桿是船用柴油機的主要運動部件之一，柴油機工作時活塞桿承受周期多變的氣體力和慣性力的作用，其加工質(zhì)量將直接影響柴油機的性能。活塞桿屬于長軸類零件，兩端都是平面法蘭，桿身為圓柱空心體，外表面淬火硬化處理，具有較高的抗拉強度和剛度，如圖1所示。為保證船舶航行時柴油機的性能，活塞桿表面的形位公差和表面粗糙度要求都較高。傳統(tǒng)的砂輪磨削加工方式已難以同時滿足活塞桿質(zhì)量和生產(chǎn)效率的要求，還有船東對船用產(chǎn)品外觀日益嚴格的要求。因此，我們將表面精加工作為提高活塞桿加工質(zhì)量和效率，以及不斷滿足船東要求的工藝改進研究方向。根據(jù)活塞桿長軸類零件的特點，并結(jié)合我廠多年加工活塞桿的實踐經(jīng)驗，我們發(fā)現(xiàn)砂帶振動拋光輔助砂輪粗磨的工藝方案是行之有效的。

圖1 船用柴油機活塞桿

1.問題分析

活塞桿表面淬火后硬度較高，按相關(guān)規(guī)范要求一般達到維氏硬度420～620HV20。磨削是最常使用的加工方法，但磨削效率較低，物料成本和機床維護成本都較高。以我廠加工的瓦錫蘭7RT—flex82T機型活塞桿為例（見圖1），其重量2590kg，總長4237mm，淬火區(qū)域長度3691mm，直徑324f7mm，圓柱度在0.02mm之內(nèi)，表面粗糙度值要求Ra=0.4μm，淬火前表面余量一般在φ0.6～φ0.8mm。為滿足要求，國產(chǎn)M1380B×50外圓磨床砂輪粗磨加精磨方式加工單件活塞桿需要工時約20h，但成品后的表面外觀很難讓船東滿意。采取砂帶振動拋光輔助砂輪粗磨的工藝方案，最終成品不僅可以滿足圖樣要求，而且表面不再有砂輪磨削留下的環(huán)狀條紋和振紋，總計需要工時約為18h，其中砂輪粗磨需要工時約15h，砂帶振動拋光需要工時約3h。利用公司現(xiàn)有的國產(chǎn)HT125×50重型臥式車床即可實現(xiàn)砂帶振動拋光，而車床的綜合工時費只是外圓磨床的一半。

這樣，通過工藝改進，雖然增加了一道加工工序，但我們同時實現(xiàn)了活塞桿加工質(zhì)量和效率的提高，而且節(jié)省了成本，尤其重要的是能夠滿足船東對于船用產(chǎn)品外觀的嚴格要求。

2.工藝改進

砂帶振動拋光系統(tǒng)安裝在臥式車床上即可使用，一次性投人較少，柔性較大。工作時，砂帶以恒速單向輸送配合拋光頭的高速寬幅振動進行拋光，砂帶不會重復(fù)使用，避免了一般精拋時所出現(xiàn)之工件首尾拋光效果不一致的弊病，能夠有效去除砂輪磨削造成的振動條紋和擺動條紋，加工后的工件表面一致性較佳，對比效果如圖2所示。相比較于傳統(tǒng)的砂輪精磨提高表面粗糙度的方式，砂帶振動拋光工藝的加工效率高，質(zhì)量容易控制。采用砂帶振動拋光替代砂輪精磨，輔助砂輪粗磨的工藝方案，非常適合我公司活塞桿表面精加工的生產(chǎn)現(xiàn)狀。

圖2 砂輪粗精磨削與粗磨后振動拋光效果對比

圖3 振動拋光機

（1）砂帶振動拋光系統(tǒng) 系統(tǒng)由振動拋光機（見圖3）、聯(lián)接底座、臥式車床、冷卻裝置和過濾裝置組成。振動拋光機經(jīng)聯(lián)接底座安裝在臥式車床溜板箱上，確保接觸輪與車床中心高一致。冷卻裝置采用車床本身的冷卻系統(tǒng)，過濾裝置采用外圓磨床使用的工業(yè)纖維過濾布結(jié)合冷卻系統(tǒng)即可。

（2）振動拋光機 公司選用某S4－Ⅲ型振動拋光機用于活塞桿的拋光。如圖3所示，砂帶安裝在拋光機的輸出輪上，經(jīng)導(dǎo)帶輪和接觸輪連接在卷帶輪上。砂帶的收放速度在0～100mm/min可調(diào)，由拋光位上的接觸輪通過氣缸中壓縮空氣的壓力緊貼在活塞桿表面，接觸壓力在0～1MPa可調(diào)，接觸輪選用一定硬度的橡膠制成，其振動頻率為0～30Hz可調(diào)，振幅5mm。拋光開始時活塞桿與砂帶相向轉(zhuǎn)動，接觸輪在自轉(zhuǎn)的同時也按一定頻率振動，并在一定的壓力下使砂帶接觸活塞桿表面開始拋光。

（3）砂帶 根據(jù)活塞桿的45鋼材質(zhì)和表面粗糙度值要求Ra=0.4μm，振動拋光時選用3M公司開式型IMFF系列362L精磨帶。這是一種采用精選氧化鋁磨料經(jīng)結(jié)合劑均勻涂附于高平整度高強韌性聚酯薄膜背基的開式砂帶，廣泛應(yīng)用于軸類零件拋光。開式砂帶工作面容屑空間較大，表面不重復(fù)使用，細小磨屑可隨時帶走，不會造成拋光面堵塞，因而溫度低，不易造成活塞桿表面積熱燒傷。

活塞桿經(jīng)淬火粗磨后，表面粗糙度值達到Ra=0.6～1.0μm之間即可，據(jù)此我們分別選用粒度為60μm和30μm的兩種精磨帶作為拋光用砂帶。經(jīng)兩臺份7RT—flex82T機型16件活塞桿的振動拋光試驗，我們得到活塞桿表面粗糙度與砂帶粒度關(guān)系如表1所示。由表1可得，活塞桿粗磨至表面粗糙度值Ra=0.8μm時配合粒度30μm的砂帶振動拋光工藝實施，能夠在盡可能節(jié)省綜合成本前提下，保證表面粗糙度值Ra≤0.4μm的實現(xiàn)。試驗中還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)活塞桿粗磨后表面磨削痕跡相對較重時，需要粒度60μm和30μm的兩種砂帶配合使用才能實現(xiàn)較理想的外觀效果。

表1 活塞桿表面粗糙度與砂帶粒度

（4）工藝參數(shù) 影響砂帶振動拋光效果的工藝參數(shù)較多，主要有活塞桿轉(zhuǎn)速、拋光機移動速度（車床進給量）、接觸輪的振動頻率和接觸壓力、收帶速度以及砂帶張緊力等。根據(jù)活塞桿的重量和尺寸情況，以及多次振動拋光試驗的數(shù)據(jù)分析，我們確定了工藝參數(shù)的選擇，如表2所示。

表2 活塞桿砂帶振動拋光主要工藝參數(shù)

3.可能產(chǎn)生的問題及解決辦法

砂帶振動拋光是彈性拋光，雖然能夠有效地降低高活塞桿的表面粗糙度值，但無法實現(xiàn)其形位和尺寸公差的提高。所以，采取砂帶振動拋光之前，要求外圓磨床砂輪粗磨時必須保證活塞桿的形位和尺寸公差。必要時，可以選用邵氏硬度90HS的硬塑性橡膠作為拋光接觸輪，但至多只能磨削掉φ0.005～φ0.01mm。

砂帶振動拋光是在重型臥式車床上實施的，如果裝夾活塞桿的方式和尾座頂尖壓力不合適，極易造成活塞桿彎曲變形。為避免這種狀況發(fā)生，卡盤四爪裝夾活塞桿法蘭外圓時須墊紫銅片，而頂尖壓力按照尾座銘牌規(guī)定執(zhí)行。

4.結(jié)語

經(jīng)過前期試驗及后續(xù)批量化生產(chǎn)的實踐證明，砂帶振動拋光輔助砂輪粗磨的工藝對船用柴油機活塞桿進行精加工是穩(wěn)定可靠的，解決了傳統(tǒng)磨削工藝造成的活塞桿表面環(huán)狀條紋和振紋問題，滿足了船東對于船用產(chǎn)品日益嚴格的外觀要求，而且節(jié)省了時間，降低了成本。推廣使用砂帶振動拋光工藝，對高硬度大型長軸類工件表面精加工具有非?，F(xiàn)實的意義。