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曲轴工艺基础知识2006 02 22 东风汽车有限公司商用车发动机厂 工艺规程 制订工艺规程的原则在一定的生产条件下 以最少的劳动消耗和最低的费用 按计划规定的速度 可靠地加工出符合图纸和技术要求的零件 注意几个问题 1 技术上的先进性2 经济上的合理性3 有良好的劳动条件 制订工艺规程的步骤分析零件图和产品装配图确定毛坯拟订工艺路线确定各工序尺寸及公差确定各工序的设备 工装确定切削用量和工时定额确定各主要工序的技术要求和检验方法编制工艺文件 曲轴的功用 曲轴承受连杆传来的力 并由此造成绕其本身轴线的力矩 扭矩 然后通过飞轮驱动汽车传动系 同时还驱动配气机构和其他辅助装置 曲轴是发动机的心脏 在工作中受到周期性不断变化的燃气冲击力 往复运动质量的惯性力 旋转质量的离心惯性力等复杂的交变载荷 产生扭转 横向与纵向振动 承受拉 压 弯和磨损 所以对曲轴的要求是 有足够的强度 刚度 韧性和耐磨性且润滑良好 曲轴产品图 简易 康明斯曲轴主要尺寸 曲轴的材料 对曲轴材料的要求 优良的综合机械性能 有高的强度和韧性 高的抗疲劳能力 防止疲劳断裂 提高寿命 良好的耐磨性 曲轴毛坯的种类对整体曲轴来说 毛坯主要是锻钢和球铁锻钢曲轴的常规工艺路线是 下料 锻造 正火 粗加工 表面淬火及回火 精加工球铁曲轴的常规工艺路线是 铸造 正火 回火 粗加工 表面淬火及回火 精加工球铁曲轴的冷加工性比钢好 且成本只有钢曲轴的1 3 曲轴毛坯的机加工铣端面 打质量中心孔 6C曲轴毛坯图 简易 康明斯曲轴材料 1 化学成分钢号 48MnV硬度 HB207 269C 0 45 0 51 Mn 0 9 1 2 Si 0 17 0 37 V 0 05 0 10 P 0 035 S 0 01 0 035 Cu 0 2 6C曲轴主要工艺流程 粗精车曲轴小端轴颈及粗车第4轴颈 粗精车法兰及精车第4轴颈 打标记 内铣2 3 5 6 7主轴颈 内铣全部连杆颈 加工No 1工艺孔 钻主轴颈直油孔 连杆颈斜油孔 油孔倒角 中间清洗 圆角及轴颈淬火 主轴颈和连杆颈 回火并热校 喷丸 中心孔修正及两端螺孔 平衡块螺孔 定位孔 工艺孔加工 半精磨所有主轴颈 磨后油封轴颈及法兰端面 精车止推面及倒角 精磨所有主轴颈 精磨6个连杆颈 精磨齿轮 前油封 皮带轮轴颈及端面 抛光油孔口 加工正时销孔 动平衡 返修工序 抛光 清洗曲轴油孔 最终清洗 探伤 终检 防锈包装 粗车第4轴颈 粗磨第4轴颈 粗车平衡块主轴颈侧面 粗车其余主轴颈及两端头 精车第1 3 4 6主轴颈及小头轴颈 精车2 5 7主轴颈 法兰外圆及端面 打标记 铣角向定位块 铣NO1 6连杆颈平衡块侧面 车削NO1 6连杆颈 铣NO3 4连杆颈平衡块侧面 车削NO3 4连杆颈 车削NO2 5连杆颈 加工No 1工艺孔 钻主轴颈直油孔 连杆颈斜油孔 油孔倒角 中间清洗 圆角及轴颈淬火 主轴颈和连杆颈 回火并热校 喷丸 中心孔修正 在法兰端钻铰NO2工艺孔 半精磨NO1 7主轴颈 精车止推面及倒角 精磨6个连杆颈 精磨NO6主轴颈 精磨NO2 4 7主轴颈 精磨NO3 5主轴颈 精磨NO1主轴颈 齿轮 前油封及端面 精磨后油封轴颈 精车法兰端面 精车皮带轮轴颈 两端孔系的加工 抛光油孔口 加工正时销孔 动平衡 返修工序 抛光 清洗曲轴油孔 最终清洗 探伤 终检 防锈包装 6B曲轴主要工艺流程 曲轴的粗加工 一 传统车削缺点 1 由于曲轴毛坯的加工余量比较大 在车削曲柄端面时是一种断续切削 高速切削时冲击力特别大 且曲轴的刚性差 易引起振动2 曲轴车削时 常采用大宽度的成型车刀多刀切入的方法 这种方法解决了生产率低的问题 但在切削时使工件承受很大的切削力 容易产生变形而影响加工精度3 在车削6缸机曲轴时 常采用中间传动的方式 使得工件装卸不方便 加工各档轴颈刀架及刀具位置需要分别调整 因此更换品种时 重新调整工作量大二 曲轴的铣削为克服传统车削的缺点而开发出曲轴的铣削设备 分为外铣和内铣 主要特点 1 设备刚性好 能很好地适应断续切削 生产效率高2 能对加工部位进行精度补偿3 产生的铁屑较细小4 刀具费用较高 需要配套设备 投资大5 有一定的柔性 刀具调整较方便 迅速 曲轴的强化工艺 曲轴失效的主要形式是断裂和轴颈磨损 曲轴断裂的主要原因是曲轴的结构及其所受的载荷 使其应力分布不平衡 在主轴颈 连杆颈与曲拐相连的过渡圆角处产生比名义应力高出数倍的集中应力峰值 而过渡圆角处的最大弯曲应力占80 扭转应力仅占20 曲轴圆角处是曲轴疲劳破坏的潜在根源之一 而且断裂一般又发生在连杆轴颈过渡圆角与主轴颈过渡圆角的对角线上 为此 提高疲劳强度和耐磨性 提高曲轴的寿命 需要对其进行表面强化处理 曲轴的表面强化方法主要有 圆角滚压 高频淬火 渗碳处理 离子氮化等方法 曲轴高频淬火的特点 1 对曲轴材料有广泛的适应性 可用于球铁 钢件 2 硬化层较深 3 强度提高比例较大 曲轴两端孔系的加工 一 曲轴中心孔的修理随着发动机朝着柴油化 大马力的方向发展 作为发动机的心脏 曲轴的品种越来越大型化 重型化 而且精度要求也越来越高 曲轴是以两端孔定位的轴类零件 工件两端中心孔的几何形状误差在加工过程中都会反映到轴颈表面上去 因此 毛坯表面粗糙度和形状误差大 粗加工中造成的中心孔损伤变形等等这些因素都要求在磨削前对中心孔进行修理 中心孔的修正还能够控制磨削前的跳动误差在合理的范围内 大型六缸机曲轴采用中心孔修正工艺 能稳定和提高磨削质量 优化曲轴工艺 二 曲轴螺纹孔系 工艺孔的加工曲轴工艺要考虑优化孔系的加工 传统孔系加工工序长 需要设备数量多 由于孔系加工多安排在精磨轴颈后 多次装卸和加工易造成轴颈表面划伤 影响成品质量 工艺孔作为连杆颈磨削的重要分度基准 要保证其位置的精确度和稳定性 主轴颈磨削和连杆颈磨削的先后问题 1 主轴颈磨削 连杆颈磨削存在问题 因为连杆颈磨削造成的应力释放 使主轴颈跳动超差 不好控制2 连杆颈磨削 主轴颈磨削存在问题 基准的转换造成曲柄半径的超差 不好控制 增加设备 止推面的磨削 止推面为两个圆环面 技术要求较高 开档公差为0 04 0 15mm的范围 止推面高度一般在7 30mm的范围 且要求与主轴颈轴线垂直 传统磨削方法是切入磨 砂轮消耗非常大 容易烧伤 圆角不成型 垂直度不易保证 质量不稳定 加工成本高 6C曲轴采用减小和稳定止推面磨削余量的办法 来提高止推面加工的质量稳定性 主轴颈跳动误差与相位 曲柄半径误差关系 工艺尺寸链 加工余量影响工序余量的因素上道工序的表面粗糙度 Rya 上道工序的表面破坏层 Da 上道工序的尺寸公差 Ta 上道工序的形状和位置误差 a 本道工序的装夹误差 b 最小余量Zbmin Rya Da a b 工艺卡 OP30 工艺卡 OP30续 工艺卡 OP40 工艺卡 OP50 工艺卡 OP60 工艺卡 OP70 工艺卡 OP80 工艺卡 OP205 工艺卡 OP210 工艺卡 OP220 工艺卡 OP240 工艺卡 OP240续 工艺卡 OP250 工艺卡 OP270 关键曲轴加工工艺 1 6C曲轴内铣 图象资料 加工原理和结构 关键曲轴加工工艺 内铣加工的几个关键点 内铣加工的几个关键点 关键曲轴加工工艺 关键曲轴加工工艺 内铣加工的几个关键点 关键曲轴加工工艺 曲轴磨削 柴油车用曲轴需要进行强化处理 已满足曲轴在发动机中高强度 高转速 高温的恶劣条件下工作的需要 常见的曲轴强化工艺是曲轴轴颈圆角高频淬火 正因为热处理变形的影响 这里就不对变形进行分析 造成大批量磨削加工前的曲轴跳动 中间轴颈 只能控制在0 5mm范围左右 这已经是很不容易做到的事 这又给磨削达到上述加工精度出了很大的难题 我们知道曲轴是典型的细长柔性杆 在受到外力时会弯曲 出现 让刀 现象 在车削时会出现鼓形 振动 波纹等质量缺陷 而磨削具有更大的切深抗力 如果没有中心架 不仅上道工序的误差很容易复映到磨削工序中 其本身工序也很难将曲轴磨