曲軸作為發動機核心零件之一，由于加工基準在曲軸中心孔和主軸頸間經常轉換，產生基準不重合誤差，再加上各軸頸加工精度高和軸類零件加工過程中剛性差的特點，是發動機本體五大件中加工難保證的零件。

深滾壓技術工藝背景

曲軸在工作中承受交變載荷，主軸頸和連桿頸圓角過渡處屬于曲軸強度的薄弱環節，軸頸與曲柄臂過渡圓角在切削或磨削加工后刀痕存在應力集中，長期的高速旋轉運轉和較大的交變負荷應力將有可能造成曲軸圓角處產生裂紋或斷裂。

在以往的工藝中，為了提高曲軸的疲勞強度，在曲拐半徑一定的前提下，主要增加曲軸的主軸頸和連桿軸頸的直徑，增加兩軸頸的重疊高度或重疊面積來保證曲軸的疲勞強度。但是，這樣會造成曲軸結構的龐大和重量的增加，不僅使材料的利用率低，同時也增加了發動機的重量，使發動機燃油經濟性差。現在追求發動機的輕量化，很多曲軸主軸頸和連桿軸頸的重疊度減小，甚至重疊度為零或負重疊度，為了保證曲軸的強度，需要對軸頸和曲柄臂的過渡圓角進行處理。奇瑞發動機曲軸采用的曲軸深滾壓技術，使滾壓后的曲軸圓角表面粗糙度小，滾壓后表面形成一種硬化層和保持殘余壓應力等特點，對曲軸可以邊滾壓邊矯直等特點，提高了曲軸整體疲勞強度。

深滾壓技術的優點

使用深滾壓技術，滾壓輪在接觸壓力下沿著溝槽圓周方向移動，根據金屬變形理論：零件表面在外力作用下，被滾壓金屬的原子間距離會暫時減小或晶粒間產生滑動，當外力達到一定數值時，被加工表面金屬除產生彈性變形外，還形成塑性變形。由于塑性變形的產生，使零件被加工表面的形狀、組織結構和物理性能都發生了變化，使金屬被滾壓層的組織變得緊密、晶粒變細、晶粒形狀也沿著變形的方向延伸，在被滾壓金屬表層內產生一定殘余壓應力，使金屬表面得到強化，提高了零件表層冷作硬化硬度，壓平了微觀不平度，降低了零件的表面粗糙度，被滾壓金屬表面的強度極限、屈服極限和疲勞極限都有提高。

深滾壓加工特點主要有：圓角表面粗糙度低；曲軸整體疲勞強度得到很大程度的提高；成本低，生產率高，滾壓過程中設備對曲軸滾壓力進行監控，確保工件只有經過正確的深滾壓后才被傳送到下一工位，使設備開動率大于97%；磨削工序不用磨側面和過渡圓角；邊滾壓邊對曲軸進行校直（見圖1），確保主軸頸跳動小于0.12mm，連桿軸頸的對稱度滿足磨削能力的要求。

圖2 深滾壓壓力參數變化趨勢

1.滾壓力

滾壓力大小的設定決定了工件接觸表面塑性變形量（工件材料的密度均勻性/有無疏松/硬度的均勻性也會對塑性變形有影響）的大小和工件表面殘余壓應力的大小，滾壓力大小的設定主要取決于工件的材料、圓角的大小和發動機爆發壓力，滾壓力太小將達不到曲軸強化的效果，太大可能會壓潰曲軸表面，降低曲軸的疲勞強度。奇瑞公司曲軸滾壓力的設定是根據試驗中心做抗疲勞強度，在疲勞試驗機里施加800～900N.m的力，做上1千萬次擠拉振動，試驗后根據曲軸振動頻率的下降檢查圓角是否有裂紋確定滾壓力的大小。

2.滾壓的角度

滾壓輪的壓入方向和主軸頸軸線的夾角，一般根據各個廠家的設備和滾壓輪大小而設定，奇瑞公司曲軸生產線滾壓輪壓入設定的角度為55°。

3.根據滿負荷滾壓力持續的圈數、滾壓力的升壓階段和降壓階段等。

奇瑞發動機公司481H/484J曲軸，工件在放入滾壓機床內進行滾壓前，先利用激光進行掃描，掃描工件類型和工件擺放角度，便于滾壓頭準確抱合曲軸軸頸，圓角滾壓滿負荷滾壓力持續的圈數為6圈，升壓階段和降壓階段各3圈，主軸頸每個單元的滾壓力為18.5kN，連桿頸每個單元的滾壓力是變壓力的，在每個曲拐偏離曲軸中心在角度和距離上不同，滾壓力從9kN到18.5kN變化著（見圖2）。滾壓后機床利用自動檢測軸頸跳動功能，進行滾壓校直功能，軸頸跳動低于0.12mm，機床進行打碼標識，超過0.12mm，機床再次進行滾壓校直。校直后再次進行檢測，合格，打標記。

4 .滾壓后的效果

（1）滾壓后工件的伸長量：由于工件在滾壓中受到了軸向的作用力，且產生了塑性變形，導致工件的總長度會伸長，各個軸頸的開襠變大。工件滾壓后的延伸量由產品和工藝根據工件材料的不同進行試驗對比確定，目前奇瑞公司曲軸材料有球墨鑄鐵和鍛鋼等，兩者的延伸量截然不同，球墨鑄鐵材料的曲軸在上述的滾壓力作用下，每個軸頸軸向的延伸量約為0.06mm，鍛鋼曲軸每個軸頸延伸量約為0.03mm。

（2）滾輪的壓入量（即圓角的塑性變形量）由滾壓力大小、壓入方向、滾壓圈數和工件的材質特性決定，奇瑞發動機曲軸圓角的壓入量通過輪廓度儀進行滾壓前后的對比，壓入量約為0.15mm。

（3）滾壓后，軸頸的圓角粗糙度有很大提高，圓角粗糙度由車削的RZ20降低到RZ6.3，圓角的滾壓與磨削后的軸頸光滑過渡，曲軸的疲勞強度增加。

滾壓過程中質量控制

要從本質上控制滾壓的效果就要在過程中控制滾壓后的殘留壓應力，但是殘留壓應力的檢測非常麻煩、耗時且成本很高，不能滿足現場生產快捷方便的要求，殘余壓應力的檢測只限于在產品開發或零件試驗時完成。現場控制滾壓的質量主要可以從兩方面來檢查滾壓的效果：

1.滾壓的被動參數。控制滾壓力、滾壓圈數和滾壓角度，每月從生產線隨機抽取1～2根曲軸做疲勞試驗。

2.滾壓的主動參數。生產過程中只控制滾壓力、滾壓圈數和滾壓角度。曲軸在疲勞試驗、發動機強化試驗和整車試驗合格后就固化滾壓參數（滾壓力、滾壓圈數和滾壓角度），控制滾壓輪的壓入量。

奇瑞發動機二廠曲軸生產線曲軸滾壓采用HEGENSCHEIDT公司的滾壓設備，整機由9個滾壓單元對5個主軸頸和4個連桿軸頸同時進行滾壓，裝有滾壓工具和壓力傳感器的前臂，帶支持和導向滾子的后臂，通過閉合前后臂的氣壓、液壓閥使前后臂夾緊曲軸軸頸，頭架帶動曲軸旋轉，同時比例閥根據RTC的電信號加壓進行滾壓。工件由機械手上料,使用曲軸兩端的中心孔定位，自動夾緊法蘭徑，激光探測器檢測曲軸第二連桿頸高度來核對曲軸型號是否正確。滾壓機床在設計中充分考慮到了生產的一致性問題，機床有對壓力的雙重檢查保險機構，液壓系統的壓力控制和每個滾壓單元的滾壓壓力實時監控，在滾壓壓力超過設置范圍后，機床會報警。滾壓完畢后機床檢測裝置自動測量曲軸各主軸頸的跳動量，若測量超差，機床中的RTC系統進行運算在曲軸的不同部位，施加不同的壓力，對曲軸進行繼續滾壓校直，以達到工藝的加工精度要求，每一個滾壓合格的工件會打上標記。在設備預驗收時檢測圓角的壓入量，一般要求壓入量不小于0.15mm。
HEGENSCHEIDT擁有專門檢測壓入量的檢測室，配備了專門的檢測人員，其檢測過程如下：先掃描未滾壓的工件圓角輪廓，再掃描滾壓后的圓角輪廓，把掃描后的輪廓放大40倍后對比測量圓角的壓入量。由確定的壓入量可確定一組滾壓參數，如果這組滾壓參數滾壓過的工件經過疲勞試驗合格，則可以固化這組參數。

結語

曲軸圓角滾壓工藝是目前理想的強化工藝之一，它不僅能夠顯著提高曲軸的疲勞壽命（圓角滾壓的曲軸疲勞強度約增加60％以上），而且還可獲得較好的表面加工質量，經滾壓加工后的圓角不必精磨，就可以滿足表面質量要求，從而有利于提高生產率和降低加工成本。