發(fā)動(dòng)機(jī)用曲軸加工工藝研究

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)問題進(jìn)行了相關(guān)分析與說明。

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

中圖分類號(hào)：TH162 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸在機(jī)器中主要是用來傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩，同時(shí)也起到支撐其他傳動(dòng)零件的作用，很大程度上影響著發(fā)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)滑和冷卻劑來減少鐵屑帶來的加工誤差。采用立式刀盤縮短換刀次數(shù)來減少加工時(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，來提高生產(chǎn)效率。

2.7 沉割槽加工

使用Hegenscheidt滾壓機(jī)來加工沉割槽。Hegenscheidt加工時(shí)可使用不同種的滾壓頭來同時(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加工，能極大地提高加工效率。加工過程中用感應(yīng)接頭來確定加工量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)刀具轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)滾壓過程中刀具震動(dòng)的監(jiān)測(cè)，來保證整個(gè)滾壓過程中刀具的完好。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，從而避免磨削過程中工件過熱導(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)來去除多余重量。通過使用中頻技術(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，用來去除夾具可能產(chǎn)生的夾痕和加工過程中產(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

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，減少了加工過程中可能產(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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