曲轴加工工艺讲解1

曲轴加工工艺分析一拖（洛阳）柴油机公司2013年07月08日1大家好！欢迎到千年帝都、牡丹花城——洛阳来作客！洛阳是国务院首批公布的历史文化名城之一洛阳是“丝绸之路”起始点之一洛阳是中国历史上唯一被命名为“神都”的城市洛阳是中国历史上建都时间最早、建都时间最长的城市洛阳是中国优秀旅游城市和“感动世界的中国品牌城市”洛阳是中国重工业城市之一13二、曲轴的功能三、曲轴加工工艺浅析四、典型的曲轴失效形式及分析一一、发动机概述一、发动机概述(1).发动机概述内燃机是将燃料在其燃烧室中燃烧产生的热量直接转化为机械能的一种动力机械。(2)发动机分类：从所用燃料分：汽油机，柴油机，天然气发动机，双燃料发动机从着火方式分：压燃式，点燃式从冲程数分：四冲程，二冲程从汽缸冷却方式分：水冷，风冷从增压程度分：自然吸气，增压，增压中冷（水空中冷及空空中冷）从汽缸排列方式分：直列式，V型从混合气准备方式分：化油器式，直喷式从用途分：拖拉机用，汽车用，工程机械用，船用，发电机组用(3)柴油机基本构成1.机体和气缸盖2.曲柄连杆机构，3.配气机构4.供给系统（包括燃料供给系统和进、排气系统），润滑系统，冷却系统，启动装置5.增压系统（对于增压机）3.1机体和气缸盖缸体：内燃机的骨架，内燃机所有零件几乎都要装在它上面。。缸盖：密封汽缸上平面，并与汽缸和活塞组成燃烧室。3.2曲柄连杆机构简图往复活塞式内燃机的的主要工作机构，它承受燃料燃烧时产生的气体力，并将此传递给曲轴对外输出做功，同时将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，是实现热功转换的主要机构。213.3配气机构简图按照内燃机工作循环要求，保证新鲜空气或可燃混合气体适时充入汽缸，并将燃烧后的废气及时排出3.4.1燃料供给系统3.4.2进/排气系统空气滤清器进气连接管进气管缸盖进气道消声器排气管缸盖排气道燃烧室3.4.3润滑系统减磨、冷却、清洗、密封、防锈3.4.4冷却系统3.4.5启动系统启动系统包括：电瓶、导线、启动电机。3.4.6增压系统介绍增压是在没有增加柴油机的排量和转速的情况下，提高动力性、经济性和降低排放的有效手段，也是柴油机的发展趋势。在高原地区，由于空气稀薄，非增压机的功率就会明显下降。增压器在高原运行时随着海拔高度的升高，其转速也会升高，增压压力就会升高。而增压机由于这些自身的调节，功率不会明显下降二、曲轴的功能(1)曲轴概述及组成1.1曲轴是活塞式发动机中的一个重要零件，用来将活塞的往复运动转变为旋转运动。承受冲击载荷、并且对外输出功率。曲轴和连杆、活塞等一起组成曲柄连杆机构。发动机工作时，活塞向下的推力，经连杆传到曲轴，由曲轴将活塞的往复运到变为曲轴绕其本身轴线的旋转运动，并向外输出功率，经传动系驱动汽车或拖拉机。曲轴在使用中的磨损是决定发动机是否需要大修的一个主要因素，如果曲轴质量没有保证，将严重影响整机的寿命。因此对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。其中曲轴机械加工不仅影响曲轴质量，而且还与生产率和成本等有密切关系。1.2.曲轴的组成：1）曲轴前端（小头）2）由连杆轴颈、曲柄臂及主轴颈组成的曲拐3）曲轴后端（法兰）三、曲轴加工工艺浅析(一)、定位基准的选择1.粗基准的选择曲轴的毛坯一般呈弯曲状态，为了保证两端中心孔都能钻在两端面的几何中心上，粗基准选择靠近两端的轴颈（1、5主轴颈）;轴向定位基准一般选择中间主轴颈两边的曲柄。因为中间主轴颈两边的曲柄处于曲轴的中间部位，用作粗基准可以减小其它曲柄的位置误差。2.精基准的选择曲轴与一般的轴类零件相同，最重要的精基准是中心孔。曲轴轴向的精基准一般选取止推面，曲轴径向定位一般选取平衡块的定位平台或法兰上的定位孔。(二)、曲轴工艺性分析2.1质量中心孔及几何中心孔的选用⑴如果毛坯质量好，留有的加工余量小，且加工余量分布均匀，曲轴的质量中心基本上与几何中心重合，则不必花费较高的经费购置定心设备，而选用几何中心孔，节省昂贵的质量定心设备投资。目前西欧各国对于质量良好的毛坯，经多年实践验证，推荐采用几何中心孔。⑵如果毛坯质量较差，毛坯加工的余量大，而且余量分布不均匀，则优先选用钻质量中心孔。因初始不平衡量较大，如果钻几何中心孔，质量分布的不均匀，使转动惯量较大，易损害加工设备精度。再则，在进行精平衡时，动平衡机对上机允许平衡的初始不平衡量有一定要求，超过规定要求的不能进行平衡。为了达到平衡精度要求，因此，也必须选用质量定心，进行第一次动平衡，控制初始不平衡量。在精平衡时才能经动平衡去重检测合格。2.2曲轴粗加工曲轴粗加工工艺从设备出现的先后历经了单刀车、多刀成型车、外铣、内铣、车拉、车车拉、高速随动外铣、复合加工工艺。由于外铣、内铣、车拉、车车拉、高速随动外铣是多个刀片交替进行加工，并且为小片状切屑，可产生较小的径向切削力，有效的减小了曲轴粗加工的切削变形，变形量大的多刀成型车逐渐淘汰。通常曲轴长度在在700mm以下时采用车车拉、外铣工艺居多；曲轴长度在700mm以上时多采用外铣或内铣曲轴主轴颈和连杆轴颈工艺。毛坯余量的大小也是选择铣削或车拉、车车拉工艺的依据之一，毛坯余量大，通常≥5mm（单边余量），常采用外铣或内铣工艺，毛坯质量好,余量≤3mm（单边余量）常采用车拉、车车拉工艺。曲轴粗加工也可以先进行内铣（或外铣）主轴颈和连杆轴颈，去除大部分余量，释放应力再进行车车拉主轴颈和连杆轴颈，这样对减小曲轴的粗加工变形更为有利，经过车车拉后，曲轴相当于进行了粗磨，获得了较高的轴向尺寸和轴颈尺寸精度。以下就曲轴粗加工各类工艺优缺点及适用范围列表，在曲轴粗加工工艺确定时以作参考。表2-1曲轴粗加工工艺比较表序号工艺名称优点缺点适用范围1单刀车机床简单，可用普通车床；投资少；刀具简单、便宜；加工效率低；曲轴变形大；自动化程度低；加工精度低。单件、小批量生产2多刀成型车机床较简单；投资较少；刀具简单、便宜；加工效率较高。曲轴变形较大；自动化程度低较低；加工精度较低。成批、大批量生产3外铣较高的切削速度（可300m/min）；较短的切屑时间；切削力较小；工件温升较低；尽可能多的刀片；刀具寿命高；加工精度高。设备投资中等；刀具为专用刀具，价格较高。适合曲轴长度在700mm以下成批、大批量生产。4内铣刀片数量较少；可承受较大负荷；单件刀片成本低，刀具寿命可达外铣2倍左右；只能加工不带轴向清根曲轴；不易对刀；非切屑时间较长，加工工序时间比外铣多30%~50%；设备投资高；刀具为专用刀具，价格高。适合曲轴长度在700mm以上余量较大成批、大批量生产。续表2-1曲轴粗加工工艺比较表序号工艺名称优点缺点适用范围5车拉、车车拉是加工带轴向清根曲轴唯一方法；具有较高柔性；曲轴变形小，加工质量高，可代替粗磨；绝大多数刀片不需要磨削，刀片成本较低。对平衡块侧面需要加工的曲轴不是最佳工艺；效率比铣削低；设备投资高；刀片消耗较大。适合曲轴长度在700mm以下成批、大批量生产。6高速随动外铣对平衡块侧面需加工的曲轴，生产效率是最高；具有较高柔性；加工质量高；设备投资高；加工效率较低；自动化程度高。适合曲轴长度在700mm以下单件或大批量生产。7复合加工一次装夹完成曲轴加工；具有较高柔性；加工质量高；设备投资高；加工效率低；自动化程度高。适合各类曲轴单件、小批量生产2.3磨削工艺曲轴粗磨主轴颈是为了消除车削主轴颈产生的应力弯曲，提高轴颈尺寸精度以给加工连杆颈提供好的定位和支承。半精磨主轴颈主要是为了消除热处理产生的应力弯曲，给曲轴其它部分及连杆颈加工提供好的定位和支承。精磨主轴颈是保证曲轴主轴颈尺寸精度、形位公差的关键，同时为连杆颈精磨提供良好定位。连杆颈的磨削分为粗磨和精磨，连杆颈的尺寸精度、形位公差是靠连杆颈精磨工序来保证的，连杆颈的精磨工序是曲轴生产中保证曲轴质量的最重要工序。曲轴是否粗磨或半精磨与曲轴粗加工工艺选择和曲轴自身精度要求有较大关系。国内磨削工艺一般分为粗磨、精磨。国外曲轴加工，大多数厂家都是一次精磨到位。而在我国曲轴的技术条件中，中间主轴颈对1-7主轴颈的跳动要求十分严格。以6缸机为例：通常为0.02-0.03mm（感应淬火曲轴）或0.05mm（软氮化曲轴），这就对曲轴主轴颈加工的要求更加严格。以钢质曲轴为例，经中频感应淬火后进行圆角滚压并校直，通常使跳动量控制在0.15-0.20mm之间，经重新修整中心孔后，使其跳动量控制在0.075-0.10mm之间，通常跳动量超过0.08mm，一次磨削就难以达到0.025-0.03mm跳动量要求。如果增加一次半精磨（粗磨），使其跳动量控制在0.05-0.08mm范围内，再经一次精磨可以稳定控制其中间主轴颈对1-7主轴颈跳动量要求。相对而言，4缸机曲轴加工情况要好一些，可以省略半精磨主轴颈工序，直接精磨。曲轴主轴颈、连杆轴颈的精磨是曲轴精加工工序，是保证质量关键工序。由于CNC技术的推广应用，曲轴主轴颈和连杆轴颈磨床技术进步很快，广泛采用了带砂轮自动动平衡，自动修整砂轮，自动测量和自动补偿技术，中心架自动跟踪技术，随着磨削轴颈尺寸的减小，中心架跟踪支撑在相对应的磨削轴颈上，减少曲轴磨削变形。恒线速功能的CNC主轴颈和连杆轴颈磨床，可避免曲轴磨削烧伤，有效控制曲轴磨削变形，从而保证曲轴主轴颈和连杆轴颈的圆度≤0.005mm，圆柱度≤0.005mm，中间主轴颈对两端主轴颈跳动≤0.03mm（六缸机），≤0.02mm（四缸机）。关于主轴颈—连杆颈—大小头或连杆颈—主轴颈—大小头两种磨削顺序，应由加工精度要求来确定，前者利于保证曲轴偏心距的尺寸精度，后者利于轴颈跳动量的保证。2.4.1四缸机锻钢曲轴的典型工艺序号工序名称及内容设备OP10铣定长，加工中心孔，铣定位块、套铣油封直径及芯轴端直径卧式加工中心OP20铣主轴颈、连杆颈及沟槽，止推面，油环曲轴连杆颈铣床OP30铣小圆面，钻油孔卧式加工中心OP40钻铰，倒角法兰面上的工艺孔，钻铰攻法兰面上的螺纹孔，完成中心孔加工，钻铰加工中心孔，卧式加工中心OP50热处理OP60沟槽滚压及校直沟槽滚压及校直机床OP65精磨主轴颈，油封外径,芯轴外径数控多轮磨床OP70精磨连杆颈数控连杆颈磨床OP80精车止推面及法兰面法兰面加工机床OP90铣键槽卧式加工中心OP100油孔去毛刺，倒角，键槽、锐角去毛刺，刷、探测油孔去毛刺机机器人OP110动平衡、去重动平衡机OP120抛光主轴颈及连杆颈，止推面及油封直径及圆角曲轴砂带抛光机OP130探伤磁力探伤机OP140最终清洗、干燥清洗机OP150主轴颈、连杆颈检测、分组、打印外径分组打刻机OP160整体表面涂油、入库2.4.2六缸机锻钢（热模锻）曲轴的典型工艺序号工序名称及内容设备10铣曲轴两端面定总长双端面铣床20粗动平衡，钻质量中心孔质量定心机30粗车小端数控车床40粗车法兰端数控东床50铣定位面立式铣床60线外检测检测仪（电感式）70粗铣全部主轴颈、连杆轴颈及轴肩和颈板面曲轴内铣床80车/车拉全部主轴颈和园角曲轴车车拉机床90车/车拉1、6连杆轴颈及园角曲轴车车拉机床100车/车拉2、5连杆轴颈及园角曲轴车车拉机床110车/车拉3、4连杆轴颈及园角曲轴车车拉机床110J线外检测电感测量仪120枪钻直油孔和斜油孔CNC枪钻中心130孔口修缘及去毛刺机器人130J线外检测人工观察续2.4.2六缸机锻钢（热模锻）曲轴的典型工艺序号工序名称及内容设备140清洗专用油道孔清洗机150中频感应淬火CNC曲轴中频感应淬火机术160回火连续回火炉170主轴颈及连杆颈园角滚压及校直园角滚压机170J检测180重修中心孔，加工法兰孔、小端孔多工位自动线190半精磨1~7主轴颈CNC7砂轮磨床190J线外检测电感测量仪200精磨1、6连杆轴颈CNC双砂轮曲轴磨床210精磨2、5连杆轴颈CNC曲轴双砂轮磨床220精磨3、4连杆轴颈CNC曲轴双砂轮磨床220J线外检测电感式测量仪230精磨全部主轴颈CNC7砂轮磨床240精车或滚压止推面止推面精加工机床续2.4.2六缸机锻钢（热模锻）曲轴的典型工艺序号