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發(fā)動(dòng)機(jī)用曲軸加工工藝研究

2019-2-12 來(lái)源：大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院作者：邢晨

摘要：曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中關(guān)鍵零件之一，設(shè)計(jì)也相對(duì)要求較高。本文通過(guò)對(duì)曲軸加工工藝的研究，對(duì)工序進(jìn)行了分析和總結(jié)，對(duì)曲軸加工的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)分析與說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：曲軸；加工工藝；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸在機(jī)器中主要是用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩，同時(shí)也起到支撐其他傳動(dòng)零件的作用，很大程度上影響著動(dòng)機(jī)的可靠性和壽命。這就要求曲軸具有足夠的強(qiáng)度以及尺寸的高精度。因此對(duì)曲軸加工工藝進(jìn)行合理、有效地安排，提高其加工精度，延長(zhǎng)曲軸的工作壽命就顯得十分重要。如何靈活地運(yùn)用合適的加工方法去解決實(shí)際生產(chǎn)中曲軸加工工藝中出現(xiàn)的問(wèn)題，也是廣大加工企業(yè)所一直面臨的一個(gè)課題。

1.曲軸主要加工過(guò)程

遵循“先面后孔，先主要面后次要面，先粗工加后精加工”的加工原則進(jìn)行加工。先對(duì)兩個(gè)端面用銑床進(jìn)行加工，為后序加工確定基準(zhǔn)面。由于主軸頸和連桿頸的精度和表面硬度要求極高，可在精加工之后進(jìn)行淬火和回火處理，再精磨主軸頸和連桿頸。最后進(jìn)行平衡的余量消除、

消磁處理和拋光已確保加工精度。

具體流程為：毛坯檢驗(yàn)、銑削端面、加工中心孔、粗加工主軸頸和連桿頸、精加工主軸頸和連桿頸、加工法蘭孔和信號(hào)輪孔、淬火回火、加工沉割槽、精磨主軸頸和連桿頸、動(dòng)平衡和消磁處理、拋光機(jī)加工、清洗檢驗(yàn)入庫(kù)。

2.曲軸加工分析

2.1 毛坯選擇和運(yùn)輸

加工的曲軸一般為鍛造件。由于模鍛精度高，留余量較小，且后續(xù)工序有調(diào)質(zhì)，所以免去了鍛后正火和粗車工序。若為鑄造毛坯，則加工時(shí)刀具材質(zhì)影響較大，且加工容易產(chǎn)生較多廢氣。需對(duì)機(jī)床主軸和刀具切削部位采取冷卻措施，減少?gòu)U氣帶來(lái)的加工誤差。

使用氣動(dòng)系統(tǒng)控制機(jī)床天窗的開啟/關(guān)閉，加工工程中使用機(jī)械手代替?zhèn)魉蛶н\(yùn)輸，提高了傳輸效率，并且減少了傳輸中可能造成的工件損傷。

2.2 端面和中心孔加工

中心孔是曲軸加工的重要基準(zhǔn)，它會(huì)直接影響曲軸的加工精度。一般以毛坯外表面為基準(zhǔn)進(jìn)行加工。先對(duì)曲軸端面進(jìn)行銑削加工，確定基準(zhǔn)面后再對(duì)中心孔進(jìn)行加工。

2.3 粗加工、精加工主軸頸和連桿頸

粗車和精車主軸頸和連桿頸為曲軸加工的難點(diǎn)之一。由于此道工序加工部位較多，耗時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)，加工量大，容易造成夾具和刀尖沾有鐵屑。因此在加工時(shí)采用兩端頂尖夾緊帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，中心架定位支撐，刀具前后上下移動(dòng)來(lái)有效地減少了曲軸加工的切削變形。控制每次加工的進(jìn)給量和切削速度，對(duì)加工部位噴涂潤(rùn)滑和冷卻劑來(lái)減少鐵屑帶來(lái)的加工誤差。采用立式刀盤縮短換刀次數(shù)來(lái)減少加工時(shí)長(zhǎng)，如果出現(xiàn)加工刀具磨損，只需更換對(duì)應(yīng)刀片即可。

2.4 法蘭孔和信號(hào)輪孔加工

對(duì)法蘭孔和信號(hào)輪孔進(jìn)行加工，加工時(shí)頂尖的接觸面積盡量大，減少加工過(guò)程中產(chǎn)生的跳動(dòng)誤差。加工油道口之類的深孔時(shí)由于只能在刀尖和裝夾處進(jìn)行微量潤(rùn)滑，產(chǎn)生的粉塵較多，可在工件加工部位的側(cè)面和數(shù)控機(jī)床頂部增添空氣凈化裝置，減少粉塵帶來(lái)的加工誤差。

2.5 淬火和回火

由于曲軸工作時(shí)，主軸頸、連桿頸傳遞較大的扭矩，承載的負(fù)荷較大，所以在對(duì)主軸頸、連桿頸和法蘭進(jìn)行淬火和回火，以大幅提高工件的表面硬度和消除殘余應(yīng)力，增加曲軸的強(qiáng)度，提高其傳動(dòng)時(shí)抗彎矩變形的能力。先將連桿頸淬火，后主軸頸淬火。淬火采用噴涂淬火液，用強(qiáng)電流作用于感應(yīng)器來(lái)加熱淬火表面后冷卻完成淬火，加熱之后再冷卻完成回火。最后進(jìn)行探傷和硬度檢測(cè)。由于液體較多，淬火和回火過(guò)程中為了防止工件表面銹蝕應(yīng)涂防銹劑。淬火完成后曲軸的硬度應(yīng)達(dá)到45~60HRC。

2.6 修研中心孔

兩端中心孔的質(zhì)量好壞，對(duì)加工精度影響很大，應(yīng)盡量做到兩端中心孔軸線相互重合，中心孔的錐角要準(zhǔn)確，它與頂尖的接觸面積要大，表面粗糙度要小，否則裝夾于兩頂尖間的曲軸在加工過(guò)程中將因接觸剛度的變化而出現(xiàn)圓度誤差。中心孔在使用過(guò)程中的磨損及熱處理后產(chǎn)生的變形都會(huì)影響外圓柱面的加工精度。在精加工之前，對(duì)中心孔進(jìn)行修研，以消除誤差。常用的修研方法有：用鑄鐵頂尖、硬質(zhì)合金頂尖以及用中心孔磨床修研。機(jī)械加工生產(chǎn)中一般應(yīng)用中心孔磨床修磨中心孔，來(lái)提高生產(chǎn)效率。

2.7 沉割槽加工

使用Hegenscheidt滾壓機(jī)來(lái)加工沉割槽。Hegenscheidt加工時(shí)可使用不同種的滾壓頭來(lái)同時(shí)加工曲軸的各個(gè)沉割槽，根據(jù)各個(gè)滾壓頭扭矩的不同來(lái)加工，能極大地提高加工效率。加工過(guò)程中用感應(yīng)接頭來(lái)確定加工量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)刀具轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)滾壓過(guò)程中刀具震動(dòng)的監(jiān)測(cè)，來(lái)保證整個(gè)滾壓過(guò)程中刀具的完好。從而保證了加工精度。

2.8 磨削加工

為保證主軸圓度到達(dá)0.005，連桿的平行度達(dá)到0.01，圓度0.004，對(duì)主軸頸和連桿頸進(jìn)行磨削加工。主軸頸的磨削以中心孔定位。先加工主軸頸后加工連桿頸。磨削時(shí)采用中心架進(jìn)行固定，輔以進(jìn)給連桿和止推軸承，邊加工邊測(cè)量。由于磨削時(shí)大量的切削熱傳給了工件，易使工件加工表面燒傷而產(chǎn)生裂紋，所以磨削時(shí)應(yīng)采取良好的冷卻措施。用流量傳感器測(cè)量加工中液壓油和冷卻水的噴射量，從而避免磨削過(guò)程中工件過(guò)熱導(dǎo)致表面出現(xiàn)裂紋。

2.9 動(dòng)平衡和消磁處理

使用Schenck動(dòng)平衡機(jī)來(lái)去除多余重量。通過(guò)使用中頻技術(shù)的點(diǎn)焊或凸焊方法，完成預(yù)制校正砝碼的不平衡校正，操作人員除了加載不平衡的曲軸和卸掉已平衡的曲軸，不平衡的測(cè)量和校正都是機(jī)床自動(dòng)進(jìn)行，顯著地提高了生產(chǎn)效率。在完成動(dòng)平衡的同時(shí)還能對(duì)工件進(jìn)行消磁處理，來(lái)清理油道孔內(nèi)之前工序可能殘余的磁粉。

2.10 拋光處理

用拋光機(jī)采用拋光帶對(duì)主軸、連桿、法蘭進(jìn)行拋光。拋光帶具有較好的強(qiáng)度和柔韌性，磨削力高，能夠達(dá)到精密的拋光效果，用來(lái)去除夾具可能產(chǎn)生的夾痕和加工過(guò)程中產(chǎn)生的螺旋線。主軸頸和連桿頸具體加工尺寸見表1和表2。

2.11 曲軸強(qiáng)化工藝

應(yīng)用軟氮化技術(shù)使曲軸的表面硬度、耐磨性、抗咬合。處理完成后曲軸的氮碳共滲層薄、摩擦系數(shù)低，從而提高曲軸的整體疲勞強(qiáng)度。應(yīng)用噴丸技術(shù)對(duì)曲軸施加預(yù)壓應(yīng)力來(lái)抵消零件在以后工作周期會(huì)受到的拉應(yīng)力。將高速?gòu)椡枇鲊娚涞角S的圓角處，使其發(fā)生塑性變形形成強(qiáng)化層，強(qiáng)化層內(nèi)形成較高的殘余應(yīng)力，當(dāng)曲軸圓角工作承受載荷時(shí)，就可抵消一部分拉應(yīng)力，從而提高圓角處的疲勞強(qiáng)度。

結(jié)語(yǔ)

在確定加工工序上，盡量將前一工序加工完成表面作為后序加工工序能基準(zhǔn)，在加工時(shí)有比較精確的定位基準(zhǔn)面，有利于以減小定位誤差，保證加工質(zhì)量。通過(guò)對(duì)曲軸加工工藝的研究，輔以先進(jìn)數(shù)控機(jī)床設(shè)備的使用，減了加工過(guò)程中可能產(chǎn)生的誤差，使得曲軸的加工良品率得到提升，提高了生產(chǎn)效率。這也是曲軸加工研究的重中之重。

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