產生磨削裂紋的原因是復雜的，因素很多。如材料的物理性能，化學成分；鑄造、鍛壓毛坯帶來的各種缺陷；淬火、氮化等熱處理不當等等，都會影響到磨削時出現裂紋。本文所研究的問題，僅限于磨削過程帶來的裂紋。

為了提高曲軸的疲勞強度和耐磨性，對主軸頸和連桿頸進行中頻淬火(包括圓角)或氮化等方法進行強化。對于中頻淬火，特別是硬氮化的軸頸，由于磨削方法不當，極易產生裂紋。裂紋對在工作中承受極大負荷的曲軸來說，是引起曲軸斷裂的致命缺陷，因此，是絕對不能允許的。解決磨削裂紋的難度很大。一直困擾著一些企業。現在一般使用低應力磨削法，實踐證明這是一種有效的方法，但也存在一些問題。

1　低應力磨削

    低應力磨削是解決磨削裂紋的較好途徑，目前在國內外使用較為廣泛。低應力磨削采用的方法是:選用砂輪的硬度很軟，粒度偏粗，磨削速度低，進給量小。在使用極壓磨削液的條件下，可在磨削表面內0.025mm處，形成小于120MPa的殘留應力，由于應力小，且大多為壓應力，因此不產生裂紋。1。

    根據低應力磨削原理，曾應用于磨削硬氮化的302曲軸，效果較好。所磨主軸頸經探傷檢測，沒有裂紋。其磨削條件及工藝參數如下:曲軸材料42CrMn，氮化深度≥0.5mm，硬度HV450，在M131外圓磨床上磨主軸頸外圓，砂輪為棕剛玉，粒度46，硬度H(軟2)，工件轉速120r/min，砂輪速度26m/s，徑向進刀量0.003mm，磨削液為硫化油。雖然低應力磨削是解決磨削裂紋常用的一種有效辦法，但其效率太低，不適用于大批量生產。而且太軟偏粗的砂輪，對保證曲軸的精度和粗糙度極為不利，要勤修砂輪，砂輪消耗大，加工成本高。在沒有砂輪自動修整器的情況下，輔助時間長，影響生產效率。為此提出了探討高效無裂紋磨削工藝的課題。

2　磨削應力及裂紋產生過程

    曲軸的機械加工過程中，會產生殘留應力，磨削加工也不例外，有關研究表明，它的殘留應力是由塑變應力、熱變應力及相變應力三部分構成。對于表面淬火的曲軸，特別是硬氮化的曲軸，表面是一層硬殼，硬度為HV≥420(HR15N≥82)，硬則脆，脆極易產生裂紋。脆則塑性差，因此硬而脆的表面，產生塑性變形應力的可能性很小，可以不考慮。

磨削過程由摩擦、擠壓及切削三過程組成。磨削過程中的摩擦和擠壓劇烈時，它的能量絕大部分將轉化為熱能，其中傳入工件的達到了80%，大量的熱能使磨削區域的溫度達到500℃-800℃，而磨粒的切削刃與切屑接觸點的溫度，瞬時值可達1000℃，傳入工件的高溫又集中于磨削部位的表層，表層溫度高，里層溫度低，表層及里層受熱膨脹的體積大小因溫度差不能同步，相互之間的牽制作用，形成了熱變應力。對于表面硬度高的軸頸，這是磨削中殘留應力的最主要部分。

磨削時的表層溫度若超過720℃左右的相變溫度時，表層組織要發生相變，不同的金相組織，其體積大小是不同的，體積的增大與縮小，與金相組織的類型有關，外層金相組織改變而內層不變，相互之間的牽制作用，形成了相變應力，若將磨削時的表層溫度控制在720℃范圍內，不產生相變，也就不會形成相變應力。

當磨削時表層溫度超過相變溫度720℃時，在溫度劇升和相變的雙重因素作用下，表層的體積向外膨脹，沿周邊伸長，溫度向內層傳遞較慢，里層溫度低，膨脹也慢，它阻礙外層膨脹，使外層在周邊上不能伸長，造成外層的壓應力，這時不會產生裂紋。當磨削液使工件冷卻時，表層迅速收縮，這時里層溫度變化不大，不能同步收縮，里層對表面極薄層收縮的阻礙作用，形成表層的拉應力，使表層開裂，出現裂紋。總之，拉應力產生裂紋，壓應力有利于提高工件的疲勞強度。

3　不產生磨削裂紋的工藝途徑

    從產生裂紋的機理中可知，產生裂紋的根本原因，是磨削過程產生了高溫。因此，磨削時工件不產生高溫，或將高溫在傳入工件表層前將其帶走，從這兩方面著手，才是解決磨削裂紋的根本途徑。高溫絕大多數來源于磨削過程中的摩擦和擠壓，減少摩擦和擠壓是降低溫度的關鍵。只有磨粒刃口鋒利時，磨削過程是切削過程占主導地位，摩擦、擠壓很輕微，產生的熱量小，表層溫度自然就低了。只要做到刃口鋒利，并能維持較長時間的鋒利。加強潤滑，減小摩擦、擠壓，也延長了鋒利刃口的壽命。當刃口鈍化時，應及時修整砂輪。基于上述認識，決定從下列五個方面開展工作。

3.1　砂輪磨料是關鍵，選擇合適的砂輪。對磨料性能的要求是硬度高，抗彎強度大，耐熱性能好(熱穩定性好)刃口鋒利，且自銳能力強，耐磨性能高，能長期維護刃口鋒利。磨料中棕剛玉價位低，其性能較差。白玉較好，鉻剛玉、單晶剛玉和微晶剛玉則更好一些。有一些混合磨料性能也能滿足要求。最理想的磨料為立方氮化硼(CBN)各種性能均優于剛玉類磨料，其顯微硬度是剛玉的3—5倍，抗彎強度為其3.5倍，耐磨性能是剛玉的100倍。因此能長時間保持刃口的鋒利，不會產生燒傷和裂紋。但其價格昂貴，修整困難。通過試驗找到了價位適中，又能滿足工藝要求的砂輪。

3.2　要使用自動砂輪修整器。必須做到磨一個軸頸，修一次砂輪，始終保持砂輪刃口的鋒利性。

3.3　選擇潤滑性能好的磨削液，如含極壓成份的切削液，硫化切削油等。在保證工藝要求的前提下，要考慮環保要求。

3.4　具有較大壓力和流量的供液裝置。磨削時能將充分的磨削液送入磨削區，進行高效的潤滑、冷卻和清洗，將熱量帶走，降低磨削區的溫度，并避免砂輪堵塞。

3.5　具有高效的磨削液過濾裝置。磨削液中的砂粒，鐵屑等雜質，不僅對曲軸的精度、粗糙度有不利影響，而且它會破壞潤滑膜，成為裂紋源。因此必須將磨削液中的雜質過濾清除。

4　無裂紋的高效磨削

    四年前，根據前述分析和思路，選擇了合適的磨床，完善其功能。進行了一系列試驗，從中優選出較好的工藝方案，用于批量生產。基本解決了淬火和硬氮化處理的曲軸，在普通磨削(磨削V=30m/s)和高速磨削(V=50m/s)的條件下無裂紋。這幾年，已用于各類曲軸的大批量生產。其中，很多曲軸出口國外，取得了好的經濟效果。

    以磨削302硬氮化曲軸連桿頸為例，介紹其有關參數。使用的磨床是KA500×1250CNC-S(德)半自動連桿頸磨床，該磨床具有數控砂輪修整器，磨完一個連桿頸后，能自動修整砂輪一次。使用壓力大、流量大的水泵，三個噴嘴對砂輪清洗，潤滑冷卻磨削區。壓力1.5-1.8Mpa。主噴嘴流量10-14L/S，用于砂輪及軸頸外圓的冷卻潤滑。每個支噴嘴流量6-8L/S，用于圓角及側面。實驗證明流量過小或過大均會產生裂紋。流量大小，還要根據工件材質和熱處理狀況進行調整。磨削液使用磁性過濾器和渦旋分離器雙重過濾系統凈化處理，凈化率可達到大于99%。

    金剛石砂輪使用剛玉類混合磨料，60粒度，M級(中1)硬度，高速磨削V=50m/s。其主要參數與低應力磨削的比較見表2。由于使用了高速磨削，其進給量又比低應力磨削大，生產效率高，是低應力磨削的3～5倍。

5　結論

5.1　低應力磨削是解決磨削裂紋的有效途徑，使用比較廣泛。但是使用砂輪的硬度低，粒度粗，對保證工件的精度和粗糙度不利，磨削效率低，不利于大批量生產。使用硫化切削油，氣味重，有污染，不利于工人操作。

5.2　不產生磨削裂紋的關鍵因素是較長時間保持砂輪微刃的鋒利。鋒利的刃口，減緩了磨削過程中的摩擦擠壓過程，從而降低了磨削區的溫度。若降至600℃以下，或更低。磨削液能將熱量迅速帶走，磨削部位表、里層溫度低，梯度小，也就不會出現裂紋。

5.3　保持砂輪微刃鋒利的方法是:①選用物理性能好的磨料；②勤修砂輪，采用能自動修整砂輪的磨床，磨一個連桿頸修一次砂輪；③采取潤滑性能好的水基極壓磨削液；④使用壓力較大，流量充分的磨削液的供液裝置，并具有凈化率高的過濾系統。

5.4　無裂紋高效磨削的優點是:效率高，更容易保證工件的加工質量(精度和粗糙度)，可使用水基磨削液，改善了磨削環境，優于低應力磨削。但目前國內有不少的磨床不具備所需的功能，若能按上述要求改裝，亦能達到同樣的目的。

5.5　無裂紋高效磨削工藝，還需要進一步研究完善，優選出更佳的工藝參數。