曲轴工艺基础知识

曲轴工艺基础知识第1页/共41页工艺规程●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：1.技术上的先进性2.经济上的合理性3.有良好的劳动条件●制订工艺规程的步骤分析零件图和产品装配图确定毛坯拟订工艺路线确定各工序尺寸及公差确定各工序的设备、工装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编制工艺文件第2页/共41页曲轴的功用

曲轴承受连杆传来的力，并由此造成绕其本身轴线的力矩——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。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、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，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。第3页/共41页曲轴产品图（简易）第4页/共41页康明斯曲轴主要尺寸序号尺寸项目6C6B1主轴颈直径Φ98±0.013Φ83±0.0132连杆颈直径Φ76±0.013Φ69±0.0133曲柄半径R67.5±0.076R60±0.0764主轴颈开档43±0.07637.5±0.0765止推面开档JOU443

+0.076/-0.02JOU637.5+0.076/-0.026连杆颈开档46±0.0539±0.057总长967.448578总重84Kg左右57Kg9最大回转半径R112R10210主轴颈圆角R4.2±0.2R4.2±0.211连杆颈圆角R4.0±0.2R4.0±0.212轴向公差±0.25±0.2513缸心距13712014圆度0.00640.006415跳动0.150.1516不平衡量36g.cm74g.cm第5页/共41页曲轴的材料●对曲轴材料的要求：①优良的综合机械性能，有高的强度和韧性②高的抗疲劳能力，防止疲劳断裂，提高寿命③良好的耐磨性●曲轴毛坯的种类对整体曲轴来说，毛坯主要是锻钢和球铁锻钢曲轴的常规工艺路线是：下料—锻造—正火—粗加工—表面淬火及回火—精加工球铁曲轴的常规工艺路线是：铸造—正火—回火—粗加工—表面淬火及回火—精加工球铁曲轴的冷加工性比钢好，且成本只有钢曲轴的1/3●曲轴毛坯的机加工铣端面、打质量中心孔第6页/共41页6C曲轴毛坯图（简易）第7页/共41页康明斯曲轴材料1.化学成分钢号：48MnV

硬度：HB207-269C：0.45-0.51%Mn：0.9-1.2%Si：0.17-0.37%V：0.05-0.10%P：≤0.035%S：0.01-0.035%Cu：≤0.2%第8页/共41页6C曲轴主要工艺流程

粗精车曲轴小端轴颈及粗车第4轴颈粗精车法兰及精车第4轴颈打标记内铣2、3、5、6、7主轴颈，内铣全部连杆颈加工No.1工艺孔钻主轴颈直油孔、连杆颈斜油孔油孔倒角中间清洗圆角及轴颈淬火（主轴颈和连杆颈）回火并热校喷丸中心孔修正及两端螺孔、平衡块螺孔、定位孔、工艺孔加工半精磨所有主轴颈、磨后油封轴颈及法兰端面精车止推面及倒角精磨所有主轴颈精磨6个连杆颈精磨齿轮、前油封、皮带轮轴颈及端面抛光油孔口加工正时销孔动平衡返修工序抛光清洗曲轴油孔最终清洗探伤终检防锈包装第9页/共41页粗车第4轴颈粗磨第4轴颈粗车平衡块主轴颈侧面粗车其余主轴颈及两端头精车第1、3、4、6主轴颈及小头轴颈精车2、5、7主轴颈、法兰外圆及端面打标记铣角向定位块铣NO1、6连杆颈平衡块侧面车削NO1、6连杆颈铣NO3、4连杆颈平衡块侧面车削NO3、4连杆颈车削NO2、5连杆颈加工No.1工艺孔钻主轴颈直油孔、连杆颈斜油孔油孔倒角中间清洗圆角及轴颈淬火（主轴颈和连杆颈）回火并热校喷丸中心孔修正在法兰端钻铰NO2工艺孔半精磨NO1、7主轴颈精车止推面及倒角精磨6个连杆颈精磨NO6主轴颈精磨NO2、4、7主轴颈精磨NO3、5主轴颈精磨NO1主轴颈、齿轮、前油封及端面精磨后油封轴颈精车法兰端面精车皮带轮轴颈两端孔系的加工抛光油孔口加工正时销孔动平衡返修工序抛光清洗曲轴油孔最终清洗探伤终检防锈包装6B曲轴主要工艺流程第10页/共41页曲轴的粗加工一.传统车削缺点：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，高速切削时冲击力特别大，且曲轴的刚性差，易引起振动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，容易产生变形而影响加工精度3.在车削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，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，重新调整工作量大二.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。主要特点：1.设备刚性好，能很好地适应断续切削，生产效率高

2.能对加工部位进行精度补偿

3.产生的铁屑较细小

4.刀具费用较高，需要配套设备，投资大

5.有一定的柔性，刀具调整较方便、迅速第11页/共41页曲轴的强化工艺

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集中应力峰值。而过渡圆角处的最大弯曲应力占80%，扭转应力仅占20%。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。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。曲轴的表面强化方法主要有：圆角滚压、高频淬火、渗碳处理、离子氮化等方法。曲轴高频淬火的特点：

1.对曲轴材料有广泛的适应性，可用于球铁、钢件。

2.硬化层较深。

3.强度提高比例较大。第12页/共41页曲轴两端孔系的加工一、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。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，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，能稳定和提高磨削质量，优化曲轴工艺。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，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。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。第13页/共41页主轴颈磨削和连杆颈磨削的先后问题1.主轴颈磨削→连杆颈磨削存在问题：因为连杆颈磨削造成的应力释放，使主轴颈跳动超差，不好控制2.连杆颈磨削→主轴颈磨削存在问题：基准的转换造成曲柄半径的超差，不好控制；增加设备第14页/共41页止推面的磨削

止推面为两个圆环面，技术要求较高，开档公差为0.04-0.15mm的范围，止推面高度一般在7-30mm的范围，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，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。

6C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第15页/共41页主轴颈跳动误差与相位、曲柄半径误差关系

第16页/共41页工艺尺寸链加工余量影响工序余量的因素上道工序的表面粗糙度（Rya）上道工序的表面破坏层（Da）上道工序的尺寸公差（Ta）上道工序的形状和位置误差（ρa）本道工序的装夹误差（ξb）最小余量Zbmin=Rya+Da+ρa+ξb第17页/共41页第18页/共41页工艺卡：OP30第19页/共41页工艺卡：OP30续第20页/共41页工艺卡：OP40第21页/共41页工艺卡：OP50第22页/共41页

工艺卡：OP60第23页/共41页工艺卡：OP70第24页/共41页工艺卡：OP80第25页/共41页工艺卡：OP205第26页/共41页工艺卡：OP210第27页/共41页工艺卡：OP220第28页/共41页工艺卡：OP240第29页/共41页工艺卡：OP240续第30页/共41页工艺卡：OP250第31页/共41页工艺卡：OP270第32页/共41页关键曲轴加工工艺1.6C曲轴内铣●图象资料●加工原理和结构第33页/共41页关键曲轴加工工艺内铣加工的几个关键点第34页/共41页内铣加工的几个关键点关键曲轴加工工艺第35页/共41页关键曲轴加工工艺内铣加工的几个关键点第36页/共41页关键曲轴加工工艺曲轴磨削第37页/共41页柴油车用曲轴需要进行强化处理，已满足曲轴在发动机中高强度、高转速、高温的恶劣条件下工作的需要，常见的曲轴强化工艺是曲轴轴颈圆角高频淬火。正因为热处理变形的影响（这里就不对变形进行分析）造成大批量磨削加工前的曲轴跳动（中间轴颈）只能控制在0.5mm范围左右（这已经是很不容易做到的事），这又给磨削达到上述加工精度出了很大的难题。我们知道曲轴是典型的细长柔性杆，在受到外力时会弯曲，出现“让刀”现象，在车削时会出现鼓形、振动、波纹等质量缺陷，而磨削具有更大的切深抗力，如果没有中心架，不仅上道工序的误差很容易复映到磨削工序中，其本身工序也很难将曲轴