曲轴工艺基础知识

1、曲轴工艺基础知识曲轴工艺基础知识 2006.02.22.2006.02.22. 东风汽车有限公司商用车发动机厂东风汽车有限公司商用车发动机厂 工艺规程工艺规程 制订工艺规程的原则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。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：注意几个问题：1.1.技术上的先进性技术上的先进性 2.2.经济上的合理性经济上的合理性 3.3.有良好有良好 的劳动条件的劳动条件 制订工艺规程的步骤制订工艺规程的步骤

2、分析零件图和产品装配图分析零件图和产品装配图 确定毛坯确定毛坯 拟订工艺路线拟订工艺路线 确定各工序尺寸及公差确定各工序尺寸及公差 确定各工序的设备、工装确定各工序的设备、工装 确定切削用量和工时定额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确定各主要工序的技术要求和检验方法 编制工艺文件编制工艺文件 曲轴的功用曲轴的功用 曲轴承受连杆传来的力，并由此造成绕其本曲轴承受连杆传来的力，并由此造成绕其本 身轴线的力矩身轴线的力矩扭矩，然后通过飞轮驱动汽车扭矩，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。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

3、脏，在工作中受到周期性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、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，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性和耐磨性且润滑良好。 曲轴产品图（简易）曲轴产品图（简易） 康明斯曲轴主要尺寸康明斯曲轴主要尺寸 序号序号 尺寸项目尺寸项目6C6B 1主轴颈直径主轴颈直径980.

4、013830.013 2连杆颈直径连杆颈直径760.013690.013 3曲柄半径曲柄半径R67.50.076R600.076 4主轴颈开档主轴颈开档430.07637.50.076 5止推面开档止推面开档JOU4 43 +0.076/-0.02 JOU6 37.5 +0 .076/-0.02 6连杆颈开档连杆颈开档460.05390.05 7总长总长967.44857 8总重总重84Kg左右左右57Kg 9最大回转半径最大回转半径R112R102 10主轴颈圆角主轴颈圆角R4.20.2R4.20.2 11连杆颈圆角连杆颈圆角R4.00.2R4.00.2 12轴向公差轴向公差0.250.25

5、 13缸心距缸心距137120 14圆度圆度0.00640.0064 15跳动跳动0.150.15 16不平衡量不平衡量36g.cm74 g.cm 曲轴的材料曲轴的材料 对曲轴材料的要求：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，提高寿命高的抗疲劳能力，防止疲劳断裂，提高寿命 良好的耐磨性良好的耐磨性 曲轴毛坯的种类曲轴毛坯的种类 对整体曲轴来说，毛坯主要是锻钢和球铁对整体曲轴来说，毛坯主要是锻钢和球铁 锻钢曲轴的常规工艺路线是：下料锻钢曲轴的常规工艺路线是：下料锻造锻造正火正火粗加工粗加工 表面淬火及回火表面淬

6、火及回火精加工精加工 球铁曲轴的常规工艺路线是：铸造球铁曲轴的常规工艺路线是：铸造正火正火回火回火粗加工粗加工 表面淬火及回火表面淬火及回火精加工精加工 球铁曲轴的冷加工性比钢好，且成本只有钢曲轴的球铁曲轴的冷加工性比钢好，且成本只有钢曲轴的1/31/3 曲轴毛坯的机加工曲轴毛坯的机加工 铣端面、打质量中心孔铣端面、打质量中心孔 6C曲轴毛坯图（简易）曲轴毛坯图（简易） 康明斯曲轴材料康明斯曲轴材料 1.化学成分 钢号：48MnV 硬度：HB207-269 C：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

7、.035% Cu：0.2% 6C6C曲轴主要工艺流程曲轴主要工艺流程 粗精车曲轴小端轴颈及粗车第粗精车曲轴小端轴颈及粗车第4 4轴颈轴颈粗精车法兰粗精车法兰 及精车第及精车第4 4轴颈轴颈打标记打标记 内铣内铣2 2、3 3、5 5、6 6、7 7主主 轴颈，内铣全部连杆颈轴颈，内铣全部连杆颈加工加工No.1No.1工艺孔工艺孔钻主钻主 轴颈直油孔、连杆颈斜油孔轴颈直油孔、连杆颈斜油孔油孔倒角油孔倒角中间清中间清 洗洗圆角及轴颈淬火（主轴颈和连杆颈）圆角及轴颈淬火（主轴颈和连杆颈）回火回火 并热校并热校喷丸喷丸中心孔修正及两端螺孔、平衡块中心孔修正及两端螺孔、平衡块 螺孔、定位孔、工艺孔加工螺

8、孔、定位孔、工艺孔加工半精磨所有主轴颈、半精磨所有主轴颈、 磨后油封轴颈及法兰端面磨后油封轴颈及法兰端面精车止推面及倒角精车止推面及倒角 精磨所有主轴颈精磨所有主轴颈精磨精磨6 6个连杆颈个连杆颈精磨齿轮、前精磨齿轮、前 油封、皮带轮轴颈及端面油封、皮带轮轴颈及端面抛光油孔口抛光油孔口加工正加工正 时销孔时销孔动平衡动平衡返修工序返修工序抛光抛光清洗曲轴油清洗曲轴油 孔孔最终清洗最终清洗探伤探伤终检终检防锈包装防锈包装 粗车第粗车第4 4轴颈轴颈粗磨第粗磨第4 4轴颈轴颈粗车平衡块主轴颈侧面粗车平衡块主轴颈侧面粗车粗车 其余主轴颈及两端头其余主轴颈及两端头精车第精车第1 1、3 3、4 4、6

9、 6主轴颈及小头主轴颈及小头 轴颈轴颈精车精车2 2、5 5、7 7主轴颈、法兰外圆及端面主轴颈、法兰外圆及端面打标记打标记 铣角向定位块铣角向定位块铣铣NO1NO1、6 6连杆颈平衡块侧面连杆颈平衡块侧面车削车削NO1NO1、 6 6连杆颈连杆颈铣铣NO3NO3、4 4连杆颈平衡块侧面连杆颈平衡块侧面车削车削NO3NO3、4 4连杆连杆 颈颈车削车削NO2NO2、5 5连杆颈连杆颈加工加工No.1No.1工艺孔工艺孔钻主轴颈直钻主轴颈直 油孔、连杆颈斜油孔油孔、连杆颈斜油孔油孔倒角油孔倒角中间清洗中间清洗圆角及轴圆角及轴 颈淬火（主轴颈和连杆颈）颈淬火（主轴颈和连杆颈）回火并热校回火并热校喷

10、丸喷丸中心中心 孔修正孔修正在法兰端钻铰在法兰端钻铰NO2NO2工艺孔工艺孔半精磨半精磨NO1NO1、7 7主轴颈主轴颈 精车止推面及倒角精车止推面及倒角精磨精磨6 6个连杆颈个连杆颈精磨精磨NO6NO6主轴颈主轴颈 精磨精磨NO2NO2、4 4、7 7主轴颈主轴颈精磨精磨NO3NO3、5 5主轴颈主轴颈精磨精磨NO1NO1主主 轴颈、齿轮、前油封及端面轴颈、齿轮、前油封及端面精磨后油封轴颈精磨后油封轴颈精车法精车法 兰端面兰端面精车皮带轮轴颈精车皮带轮轴颈两端孔系的加工两端孔系的加工抛光油孔抛光油孔 口口加工正时销孔加工正时销孔动平衡动平衡返修工序返修工序抛光抛光清洗曲轴清洗曲轴 油孔油孔最

11、终清洗最终清洗探伤探伤终检终检防锈包装防锈包装 6B曲轴主要工艺流程曲轴主要工艺流程 曲轴的粗加工 一一. .传统车削缺点：传统车削缺点： 1.1.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，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，易引起振动高速切削时冲击力特别大，且曲轴的刚性差，易引起振动 2.2.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，容易决了生产率低的问题，但在切削时使工件

12、承受很大的切削力，容易 产生变形而影响加工精度产生变形而影响加工精度 3.3.在车削在车削6 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，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 新调整工作量大新调整工作量大 二二. .曲轴的铣削曲轴的铣削 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。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：主要特点：1.1.设备刚性好，能很好地适应断续切削，生产效率高设备刚性好，能很好地

13、适应断续切削，生产效率高 2.2.能对加工部位进行精度补偿能对加工部位进行精度补偿 3.3.产生的铁屑较细小产生的铁屑较细小 4.4.刀具费用较高，需要配套设备，投资大刀具费用较高，需要配套设备，投资大 5.5.有一定的柔性，刀具调整较方便、迅速有一定的柔性，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颈、连杆颈与曲拐相连的过渡

14、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集中应力峰值。而过渡圆角处的最大弯曲应力占80%80%，扭转应力，扭转应力 仅占仅占20%20%。曲轴圆角处是曲轴疲劳破坏的潜在根源之一，而且断。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。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。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、渗碳处曲轴的表面强化方法

15、主要有：圆角滚压、高频淬火、渗碳处 理、离子氮化等方法。理、离子氮化等方法。 曲轴高频淬火的特点：曲轴高频淬火的特点： 1.1.对曲轴材料有广泛的适应性，可用于球铁、钢件。对曲轴材料有广泛的适应性，可用于球铁、钢件。 2.2.硬化层较深。硬化层较深。 3.3.强度提高比例较大。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。求也越来越高。 曲轴是

16、以两端孔定位的轴类零件，工件两端中心孔的几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，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，能稳定和提高磨大型六缸机曲轴采用中心孔修正工艺，能稳定

17、和提高磨 削质量，优化曲轴工艺。削质量，优化曲轴工艺。 二、曲轴螺纹孔系、工艺孔的加工二、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，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。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。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

18、主轴颈磨削连杆颈磨削连杆颈磨削 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，不好控制轴颈跳动超差，不好控制 2.2.连杆颈磨削连杆颈磨削主轴颈磨削主轴颈磨削 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，开档止推面为两个圆环面，技术要求较高，开档 公差为公差为0.04-0.15mm0.04-0.15mm的范围，止推面高度一般在的范围，止推面高度一般在 7-30mm7-30mm的范围，且要求与主轴颈轴线垂直。的范围，

19、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，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。不稳定，加工成本高。 6C6C曲轴采用减小和稳定止推面磨削余量的办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 加工余量加工余量 影响工序余量的因素影响工序余量的因素 上道工序的表面粗糙度（上道工序的表面粗糙度（RyaRya） 上道工序的表面破坏层（上道工序的表面破坏层（DaDa） 上道工序的尺寸公差（上道工序的尺寸公差（TaTa） 上道工序的形状和位置误差（上道工序的形状和位置误差（aa） 本道工序的装夹误差（本道工序的装夹误差（bb） 最小余量最小余量 Zbmin= Rya+ Da+a+bZbmin= 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