劉永社，金鑫，劉春偉，鄭立偉

（寶雞石油機械有限責(zé)任公司研究院工藝機加室，陜西寶雞 721002）

0 引言

QPI-2200M柱塞泵是我公司研制的新型產(chǎn)品，與以往的泵類產(chǎn)品相比，該產(chǎn)品具有設(shè)計新穎、結(jié)構(gòu)獨特、精度要求等級高的特點。尤其是此產(chǎn)品中的關(guān)鍵件曲軸采用了分體設(shè)計。

曲軸在工作中會不斷承受著交變的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，受力情況復(fù)雜[1]。同時，它在工作中還要承擔(dān)動力傳遞的任務(wù)，這些都加大了曲軸加工的難度[2]。因此，柱塞泵分體式曲軸的加工制造對公司的工藝設(shè)計能力和水平都是一個很大的挑戰(zhàn)。

1 分體曲軸結(jié)構(gòu)特點及工藝設(shè)計難點：

1.1 分體曲軸結(jié)構(gòu)特點

與常見曲軸結(jié)構(gòu)相比，QPI-2200M柱塞泵的曲軸最大區(qū)別是：常見曲軸采用的都是整體式結(jié)構(gòu)設(shè)計，而QPI-2200M柱塞泵的曲軸采用了分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計。分別由1個兩拐曲軸、1個三拐曲軸，1個連接螺母和1個定位銷組成。曲軸最大直徑φ330.2 mm，最大長度706.5 mm，拐部直徑為φ127 mm，長度為132.262 mm。兩曲軸之間通過連接體相連，連接體一端與三拐曲軸采用螺栓連接，另一端通過連接體上的定位銷與兩拐曲軸定位，然后再通過連接體上的螺紋用聯(lián)接螺母將兩者相連。

1.2 工藝設(shè)計難點

采用分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計的曲軸屬于公司首次。曲軸總成如圖1所示，在加工制造過程中，不僅要保證曲軸總成中幾個關(guān)鍵件連接件的加工制造精度，還要保證這些零件相對位置精度，以保證連接后的整體精度。

圖1 曲軸總成

在此產(chǎn)品中，曲軸的各部要求進行滲氮處理，機架上曲軸兩端安裝孔的同軸度要求0.025 mm。這些因素都增加了分體式曲軸各組成件的加工制造難度，對工藝設(shè)計的思路、方法及加工制造都是一次嚴峻的考驗。

針對這種分體式曲軸的結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計要求，采用將兩拐曲軸和三拐曲軸組合整加工的思路，顯然不可行。因為采用這種方式對與組合的要求極其苛刻，不僅要保證組合要牢固，還要保證加工后易拆卸，根據(jù)曲軸設(shè)計的結(jié)構(gòu)特點，要達到這些要求，難度太大，以目前公司的加工制造水平，是不可能完成加工制造的。

從圖1中可以看到兩拐曲軸與三拐曲軸之間是由連接體聯(lián)接在一體的。連接體與三拐曲軸之間由螺栓聯(lián)接在一起；與兩拐曲軸之間是由定位銷安裝定位，連接螺母與連接體螺栓連接而成。這些零件在連接時，其連接方位同時又受曲軸壓蓋、連接筒的制約。曲軸壓蓋又分別與各自曲軸上止口定位，并采用螺栓連接。曲軸壓蓋與連接筒之間又以花鍵連接。由于曲軸壓蓋安裝螺孔數(shù)為18，花鍵齒數(shù)為85，齒數(shù)與螺孔數(shù)不是倍數(shù)關(guān)系，這些連接件之間的相互連接關(guān)系與安裝孔的相對位置，以及各拐之間的相對角度關(guān)系，這些相互關(guān)系導(dǎo)致了各連接件之間的安裝位置就是唯一的。因此在加工各安裝連接孔時必須考慮各連接件之間的安裝角度關(guān)系。基于以上各種相互制約關(guān)系，我們對兩拐曲軸和三拐曲軸，根據(jù)其分別與其他連接件之間的相互制約關(guān)系，采取了分別單件加工和組合加工相結(jié)合的思路，最大限度地保證2#拐與3#拐之間的夾角關(guān)系和安裝后的整體精度要求。

2 工藝方案設(shè)計及具體實施方案

2.1 工藝方案設(shè)計

為了保證各零部件的加工精度、組裝時曲軸各拐之間夾角和各花鍵之間連接可靠、運轉(zhuǎn)靈活、無卡阻，我們設(shè)計的工藝方案為：1）曲軸進行單獨加工，各壓蓋、連接體、連接筒分別進行單獨加工；2）三拐曲軸壓板與三拐曲軸聯(lián)接后進行整體加工；3）三拐曲軸、兩拐曲軸、壓蓋、連接筒預(yù)裝；4）拆除三拐曲軸、壓蓋、連接筒；5）兩拐曲軸壓蓋與兩拐曲軸進行整體加工。

對曲軸及各連接零件的單獨加工，保證了各零部件的外形結(jié)構(gòu)尺寸和加工精度；將三拐曲軸壓板與三拐曲軸聯(lián)接后整體加工，保證了兩者之間的相對位置關(guān)系精度；三拐曲軸、兩拐曲軸、壓蓋、連接筒預(yù)裝，是為了保證兩件曲軸在保證其組合為一體時，在滿足設(shè)計要求的同軸度的情況下，確定其連接件各相對位置關(guān)系時，各連接件上的連接孔位置，通過這種方式來實現(xiàn)組裝為一體的曲軸，既能滿足同軸度的要求，又能滿足各個連接零件的相對位置關(guān)系；兩拐曲軸壓蓋與兩拐曲軸的整體加工，是在保證了組裝為一體時曲軸的相對關(guān)系和同軸度的情況下，保證了兩者之間的相對位置關(guān)系精度。

通過上面的分析，該工藝方案設(shè)計完全可以滿足曲軸的制造要求。

2.2 具體實施方案

2.2.1 曲軸加工實施方案

曲軸在工作中會不斷承受很大的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，且受力情況復(fù)雜[3]。因此對曲軸在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)強化工藝技術(shù)和機械加工技術(shù)都有很高要求[3]。為了增加曲軸的強度，該曲軸采用了滲氮處理，為了保證滲氮的效果和滲氮后的加工質(zhì)量，在滲氮處理前、后分別進行一次磨削加工。由于分體曲軸是分別單獨加工的，因此兩拐曲軸和三拐曲軸的加工工藝流程及方法相同，其加工工藝流程為：劃→鏜→系→粗車→劃→鏜→粗車→探傷→熱（調(diào)質(zhì)處理）→劃→鏜→系→劃→鏜→半精車→打號→熱（去應(yīng)力）→精車→打號→熱（去應(yīng)力）→磨→劃→鏜→熱（滲氮處理）→磨→探傷→劃→鏜→車→劃→鏜。

2.2.2 曲軸各安裝連接孔加工實施方案

1）連接體與三拐曲軸安裝連接孔的加工方案：以3#、4#、5#偏心拐中心為基準，在曲軸左端面劃出3#偏心拐中心十字線；加工與連接體相組裝的3-M12安裝孔。

2）三拐曲軸壓蓋與三拐曲軸安裝連接孔的加工方案：以已加工3-M12連接孔為基準，將三拐曲軸壓蓋與三拐曲軸以止口定位，且壓蓋過花鍵齒槽中心十字線應(yīng)與3#偏心拐中心十字線重合，配鉆定位銷孔及18處安裝鉸制孔。將曲軸壓蓋、三拐曲軸安裝在一起，如圖2所示。

圖2 曲軸壓蓋、三拐曲軸安裝在一起

3）連接筒上2#、3#偏心拐相對位置定位：在連接筒（如圖3）上劃出2#、3#偏心拐中心位置，并在外圓上做相應(yīng)標記。

圖3 連接筒

4）兩拐曲軸壓蓋與兩拐曲軸安裝連接孔加工方案：

a.曲拐、壓蓋、連接筒的預(yù)裝：將兩拐曲軸壓蓋、連接筒與已裝好三拐曲軸組裝，再將兩拐曲軸裝入，檢查各部零件是否安裝合適，2#偏心拐與3#偏心拐夾角是否為72°，花鍵是否轉(zhuǎn)動靈活，合格后去掉連接筒及三拐曲軸部分。

b.安裝連接孔的加工：配鉆壓蓋與曲軸相連接的定位銷孔及18處安裝鉸制孔。

c.分體式曲軸同軸度的保證：兩拐和三拐曲軸是單獨加工而成的，最終組裝在一起構(gòu)成一件完整的曲軸。鑒于曲軸拼接的特點、曲軸結(jié)構(gòu)特殊性，要調(diào)整曲軸的同軸度，必須具備高精度可調(diào)試支架、拼接把緊螺栓等[4]。保證安裝時的同軸度問題是在產(chǎn)品的加工制造時就必須考慮的。通過與設(shè)計和裝配人員交流，我們確定的工藝方案為：①設(shè)計曲軸同心度調(diào)整架。在安裝時，模仿機架在5處同心圓處設(shè)立同心支架，在預(yù)裝時，將各部曲軸按設(shè)計要求安裝在相應(yīng)支架處，以保證預(yù)裝時同心。②前面我們已經(jīng)論述過，連接筒與曲拐壓蓋之間為花鍵連接，壓蓋與曲軸之間由定位銷定位、鉸制孔連接的，而它們的位置關(guān)系是唯一的。

所以，采用此種工藝方案是可以保證分體式曲軸的同軸度問題的。

3 結(jié)語

通過該項目的實施，我們不僅完成QPI-2200M柱塞泵分體式曲軸這一新產(chǎn)品的制造，而且對分體曲軸這種工藝方案的可行性進行了現(xiàn)場驗證。首次實現(xiàn)了柱塞泵分體式曲軸的加工制造，解決了QPI-2200M柱塞泵分體式曲軸加工制造的瓶頸，提高了柱塞泵分體式曲軸加工制造的整體工藝水平。