汽車行業(yè)中發(fā)動機(jī)曲軸，凸輪軸類零件的磨削是重要工藝，汽車業(yè)的飛速發(fā)展對曲軸類零件的磨削加工也提出更高生產(chǎn)效率的要求，磨削速度亦隨之越來越高，隨之帶來一系列磨削燒傷及應(yīng)力產(chǎn)生等問題，現(xiàn)就這些磨削質(zhì)量與技術(shù)問題進(jìn)行探討。
關(guān)于高速磨削燒傷及其應(yīng)力問題
軸類零件磨削燒傷一般可分為兩類，一是表面明顯過熱燒傷，肉眼可見，此時(shí)，零件加工表面工作硬度已喪失，應(yīng)力高度集中，屬報(bào)廢情況；另一類是肉眼不可見的表面磨削燒傷，使零件表面工作硬度有所下降，由于切削功率熱效應(yīng)，使金屬材料在一定深度的金相組織發(fā)生變化，由溫度變化梯度產(chǎn)生了相應(yīng)層面的熱變形應(yīng)力。此時(shí)零件如在短期中使用無大影響，但工作壽命不長，在今后發(fā)動機(jī)長期工作中，應(yīng)力會逐步釋放而影響發(fā)動機(jī)工作，二加工應(yīng)力產(chǎn)生除燒傷引起外，還可由切削擠壓產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力引起。由磨削機(jī)理可知，軸類零件表面在經(jīng)過高速磨削時(shí)，微觀表面可看作工件表面某質(zhì)點(diǎn)在受到擠壓尚未彈性恢復(fù)時(shí)又再受到擠壓，從而部分失去材料的彈性變形，這些情況是在砂輪主軸由滾動軸承支承下磨削產(chǎn)生的，即整個(gè)磨削在砂輪與零件、主軸與軸承之間完全剛性接觸中完成的。實(shí)際上，滾動軸承支承砂輪主軸在磨削中會有振動及較大噪聲，這樣零件被磨削，表面會額外產(chǎn)生振紋，并影響工件表面光潔度的提高。而靜壓軸承支承的砂輪主軸，在磨削時(shí)軸承與主軸是柔性接觸，不會出現(xiàn)剛性接觸中的那種振動。
新型超音速磨削動靜壓軸承技術(shù)
筆者長期研制高速、高精度，高承載力的動靜壓軸承，較典型的是具有專利技術(shù)的GL-01型（如圖1所示）和GL-02型（如圖2所示）。
新型靜壓軸承均能達(dá)到超音速磨削主軸轉(zhuǎn)速120000r/min以上，主軸直徑為
無密封環(huán)。這里對GL-02型軸承進(jìn)行簡單介紹，這是一種內(nèi)錐螺旋油腔的軸承系統(tǒng)，省去了傳統(tǒng)的平面止推軸承，也沒有密封圈。主軸大端
120mm，使用CBN砂輪，砂輪直徑
500mm，主軸轉(zhuǎn)速12000r/min，砂輪線速度370m/s，超出音速。
1.這里CDEF是實(shí)際圓錐面螺旋油腔，虛線部分CDGC’ 是假想圓錐面油腔，DD’與軸心線QQ’平行，DG與DD’夾角為圓錐半角
，DF與DD’ 夾角為螺旋角
，FA為徑向封油面。假想DD’為主軸某一切面線，沿n方向旋轉(zhuǎn)，從油腔A點(diǎn)依次轉(zhuǎn)過
等，顯然當(dāng)主軸任一切面線一部分進(jìn)入某油腔時(shí)，該切面線的另一部分正在逐步移出上個(gè)油腔，這就是螺旋油腔。由于螺旋油腔軸承受載荷是均衡無方向性的，主軸旋轉(zhuǎn)將是極其平穩(wěn)的。主軸運(yùn)轉(zhuǎn)速度在相當(dāng)大的范圍內(nèi)不受任何限制。
2. 由于是圓錐軸承，油膜對主軸表面的法向反力分解成徑向分力
和軸向分力
;軸向分力的存在使軸承系統(tǒng)中不需平面止推軸承的介入（當(dāng)然圓錐軸承需成對使用），結(jié)構(gòu)簡單。更重要的是圓錐軸承是天然的無需軸頸密封環(huán)封油的軸承系統(tǒng)。無論主軸處于靜止或低速或高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)都無需密封環(huán)。可作如下證明：設(shè)油液從Z軸正向流出軸承時(shí)，在Z軸任意取二截面Z1、Z2，并在Z1、Z2處取二小區(qū)域
，分別求出Z1截面Z2截面的容積
。
當(dāng)油液從Z1區(qū)域流向Z2區(qū)域時(shí)，由于不能填滿Z2區(qū)域的容積，需從Z1區(qū)域再補(bǔ)充一部分油液作增量
，這樣一次類推，當(dāng)油液從Z軸正向流出，油液將連續(xù)增量，即有一加速度，方向指向Z軸方向，使油液迅速流出Z軸正向（實(shí)踐由液體成噴射狀流出軸承，而不是傳統(tǒng)圓柱軸承那樣“從容”地流出）。油液不可能逆加速度方向由Z軸負(fù)向流出軸承。所以這是無需密封環(huán)的靜壓軸承系統(tǒng)。對于傳統(tǒng)的靜壓軸承系統(tǒng)，單只軸承有壓力反饋，而前后軸相互間無反饋，即單只軸承徑向剛度基本決定了整個(gè)軸承系統(tǒng)徑向剛度，而新型軸承為圓錐孔，單只軸承無剛度，需成對使用，即二只軸承共同組成了軸承系統(tǒng)剛度，顯然錐度孔軸承系統(tǒng)剛度，要遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的圓柱孔軸承系統(tǒng)剛度。且由于是螺旋油腔，其主軸在工作旋轉(zhuǎn)中，整體無壓力極值變化，故工作穩(wěn)定。
筆者在實(shí)踐中看到，滾動軸承支撐主軸，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的振動要比相同條件下低速旋轉(zhuǎn)時(shí)振動小的多。而動靜壓軸承高速與低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其振動無變化。且高速滾動軸承的有效工作壽命較短，一般僅幾個(gè)月就需要更換軸承，而動靜壓軸承正常使用下，工作壽命長達(dá)數(shù)十年之久。對造價(jià)來說，單套滾動軸承要比滑動軸承價(jià)格便宜，但考慮其工作壽命來說，兩三年的消耗量就使?jié)L動軸承的成本高于滑動軸承，且經(jīng)常更換軸承影響主軸工作精度。另外在大曲軸粗磨狀況下，用新型軸承磨削，生產(chǎn)效率提高了25%（不包括輔助工作時(shí)間的節(jié)省）。
關(guān)于活塞環(huán)端面新型磨削技術(shù)
眾所周知，活塞環(huán)發(fā)動機(jī)中一個(gè)重要的零件，雖然件小，但技術(shù)要求頻高，不但要求行位精度高，表面硬度、光潔度、應(yīng)力集中等問題也很嚴(yán)峻。和軸類零件磨削加工有所不同的是，活塞環(huán)端面磨削均為滾動軸承支撐的砂輪。工件、砂輪、主軸、軸承等完全是剛性接觸。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的靜壓軸承其軸向力是靠環(huán)狀止推靜壓槽油腔產(chǎn)生。這個(gè)軸向力是較小的，無法承受活塞環(huán)端面的磨削力。而GL新型軸承是錐度軸承，在工作中無論是磨削零件外圓或是端面，均是由軸承錐度面承載，這個(gè)磨削力是巨大的，足以搞笑的磨削零件的端面，且是柔性接觸，這對活塞環(huán)表面質(zhì)量提高有很大改善。本公司在711所的新中廠試磨大曲軸磨床法蘭時(shí)，用
1450mm直徑的砂輪，磨
800mm的大法蘭，磨削狀況良好。另外活塞環(huán)端面磨床砂輪主軸，雖然是中低速工作，但卻經(jīng)常更換主軸軸承，由于其特殊工作狀況所定，每次更換軸承都很困難，而采用新型錐度靜壓軸承可避免上述情況。
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