曲轴制造工艺

曲轴制造工艺汽车典型零件制造工艺主要内容1.曲轴概述1.1曲轴的概念与工作原理1.2曲轴的结构特点1.3曲轴的材料与毛坯2.曲轴的加工制造工艺2.1曲轴的技术要求2.2曲轴机械加工的定位基准2.3曲轴机械加工工艺分析2.4大批生产六缸汽油机曲轴的机械加工的工艺过程2.5曲轴部分表面的加工3.曲轴加工的先进技术3.1质量中心孔技术3.2车拉技术3.3圆角深滚压技术1.曲轴概述1.1曲轴的概念和工作原理曲轴是汽车发动机的重要零件之一。它主要将连杆的上下往复运动变为旋转运动。在发动机中，曲轴主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，这是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的旋转是发动机的动力源。据《2013-2017年中国曲轴行业市场前瞻与投资预测分析报告》数据显示，随着国内汽车需求旺盛、全球汽车市场中心向发展中国家转移，中国以曲轴为代表的汽车零部件工业蓬勃发展。上图显示了2007-2010年，中国曲轴总产量（包括摩托车用单缸发动机曲轴）。1.曲轴概述曲轴简介与工作原理：1.曲轴概述1.2曲轴的结构特点曲轴一般由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成一个曲拐，直列式发动机曲轴曲拐的数目等于气缸数；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。7个主轴颈曲轴后端油封轴颈曲轴前端正时齿轮6个连杆颈8个平衡块曲柄1.曲轴概述主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座上，其数目不仅与发动机气缸数有关，还取决于曲轴的支承方式。连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，连接处圆弧过渡以减少应力集中。曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面椭圆形，为平衡惯性力，曲柄处铸有(或紧固)平衡重。平衡重用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。曲轴前端装有齿轮、驱动风扇、水泵的皮带轮以及起动爪等。为防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成挡油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。曲轴各部分的功用：1.曲轴概述根据主轴颈的支撑方式不同，曲轴可分为：全支承曲轴：在相邻曲拐之间都设置一个主轴颈的曲轴。多用于柴油机。优点：曲轴刚性好，不易弯曲；缺点：缸心距加大，机体加长，制造成本增加。非全支承曲轴：主轴颈数等于或少于连杆轴颈数。多用于中小功率的汽油机。优缺点与全支承曲轴恰好相反。1.曲轴概述曲轴的结构特点：连杆轴颈与主轴颈不同轴，相互平行。不同曲轴其曲拐之间的夹角可能不同。从而为加工连杆轴颈时的角度定位带来困难。曲拐夹角180°曲拐夹角120°曲拐夹角90°结构细长多曲拐，刚性很差。1.曲轴概述曲轴上加工有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的油道，以便润滑主轴颈和连杆轴颈。1.曲轴概述1.3曲轴的材料和毛坯曲轴工作时要承受很大的转矩和交变的弯曲应力，其主要失效形式是疲劳断裂和轴颈严重磨损，对曲轴的材料要求：☞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；☞良好的耐磨性。曲轴常用材料有：球墨铸铁、调质钢、非调质钢。对于汽油机曲轴，由于功率较小，曲轴毛坯一般采用球墨铸铁铸造而成。常用材料有：QT600-2、QT700-2、QT800-2、QT900-6、QT800-6等温淬火球铁。柴油机曲轴毛坯材料一般采用调质钢或非调质钢，调质钢常用材料有：45、40Cr或42CrMo；非调质钢常用材料有48MnV、C38N2、38MnS6。1.曲轴概述曲轴的毛坯根据批量大小、尺寸、结构及材料品种来决定。批量较大的小型曲轴，采用模锻；单件小批的中大型曲轴，采用自由锻造；而对于球墨铸铁材料则采用铸造毛坯。采用不同毛坯材料，曲轴的热处理及加工工艺路线也不相同：锻钢曲轴的常规工艺路线：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：铸造—正火—回火—粗加工—表面淬火及回火—精加工2.曲轴的加工制造工艺2.1曲轴的技术要求1）主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即直径尺寸公差等级通常为IT6~IT7；主轴颈的宽度极限偏差为+0.05~-0.15mm；曲拐半径极限偏差为±0.05mm；曲轴的轴向尺寸极限偏差为±0.15~±0.50mm。2）轴颈长度公差等级为IT9～IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差一半之内。3）位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为100mm之内不大于0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速发动机曲轴为0.025mm，中大型低速发动机曲轴为0.03～0.08mm；各连杆轴颈的位置度不大于±30′。4）曲轴的连杆轴颈和主轴颈的表面粗糙度为Ra0.2～0.4μm；曲轴的连杆轴颈、主轴颈、曲柄连接圆角的表面粗糙度为Ra0.4μm。除上述技术要求外，还有热处理、动平衡、表面强化、油道孔的清洁度、曲轴裂纹、曲轴旋转方向等规定和要求。2.曲轴的加工制造工艺项目6100610261056B6CDCI11491尺寸Φ75Φ80Φ80Ф83±0.013Ф98±0.013Φ102Ф56.98±0.01表面粗糙度Ra0.32Ra0.32Ra0.32Ra0.4Ra0.4R1.25≈Ra0.25Ra0.3圆度0.0050.0050.0050.00640.00640.0070.010.005（1/4）圆柱度0.0050.0050.0080.0130.0130.0080.008/25.4中间轴颈对两端轴颈的跳动0.050.050.120.1520.1520.140.05对相邻轴颈的跳动------------0.0510.0510.05----尺寸Φ62Φ64Φ69Ф69±0.013Ф76±0.013Φ102Ф51.99±0.01表面粗糙度Ra0.32Ra0.32Ra0.32Ra0.4Ra0.4R1.25≈Ra0.25Ra0.3圆度0.0050.0050.0050.00640.00640.0070.010.005（1/4）圆柱度0.0050.0050.0060.0130.0130.0080.008/25.4对主轴颈平行度0.0150.0150.0150.030.03φ0.015φ0.015相位角120º±30’120º±11’120º±11’120º±0.203120º±0.203±20’±0.2曲柄半径R57.5±0.1R57.5±0.08R60±0.10R60±0.076R67.5±0.076R78±0.04R38.475±0.05对主轴颈跳动0.050.050.050.050.05----0.025垂直度------------0.0170.0230.03平面度（＋0.005)(-0.01)宽度44444437.54342.432.025±0.025表面粗糙度Ra0.5Ra0.5Ra0.5Ra0.4Ra0.4R1.6≈Ra0.32L：Ra0.8R：Ra0.6主轴颈止推轴颈连杆轴颈-0.0190-0.0190-0.034-0.012-0.0190-0.0190-0.0190-0.0190-0.034-0.012-0.034+0.080-0.025+0.076-0.025+0.076+0.080+0.0800+0.03900某工厂7个型号曲轴加工技术要求：2.曲轴的加工制造工艺2.2曲轴机械加工的定位基准曲轴加工定位基准选择的基本原则：曲轴加工的定位基准主要分径向基准、轴向基准和角向基准。☞径向基准：一般选用两端的主轴颈（两边主轴颈中心连线；两端面中心孔连线)；☞轴向基准：曲轴为了防止轴向力作用而发生轴向窜动，采用止推结构。加工的轴向基准一般选择止推面；2.曲轴的加工制造工艺☞角向基准：粗加工连杆轴颈前，在曲柄上铣角向定位面或定位凸台作为角向基准。角向定位面铣削角向定位基准面2.曲轴的加工制造工艺在汽车制造业中，一些专用夹具设备被应用于曲轴加工的定位夹紧，极大提高了装夹质量和效率。在加工连杆轴颈时，一般利用已经加工过的主轴颈定位，安装到专用偏心卡盘分度夹具中，使连杆轴颈的轴线和转动轴线4重合。连杆轴颈之间的角度位置精度靠夹具上的分度装置保证，加工时依次加工同一轴线上的连杆轴颈以及曲轴端面，工件2通过在夹具体3上的分度板1与分度定位销5分度。为进一步提高生产效率，还可采用专用的半自动曲轴车床或磨床，工件能在一次装夹下（仍以主轴颈定位）加工连杆所有轴颈。偏心卡盘分度夹具1-分度板2-工件3-夹具体4-转动轴线5-分度定位销2.曲轴的加工制造工艺2.3曲轴机械加工工艺分析曲轴加工工艺路线编制原则：先粗后精先基准后其他先面后孔先主要表面后次要表面外圆粗加工其他表面加工粗基准加工精基准加工外圆精加工由于要加工主轴颈作为后续加工其他外圆的定位基准，因此，通常先加工主轴颈，而后加工连杆轴颈和其他外圆。2.曲轴的加工制造工艺由于曲轴的结构特点形状复杂，刚性很差，加工精度要求还很高。因此，在确定曲轴的加工工艺路线时，还需注意以下问题：☞粗加工时由于切削余量大，切削力较大，可用中间托架增强刚性，减小变形和振动，同时机床刀具及夹具都应有较高的刚度。☞加工时尽量使切削力的作用相互抵消，可用前后刀架同时横向进给。中间托架切削力相互抵消2.曲轴的加工制造工艺☞合理安排工位次序以减少加工变形，按先粗后精的原则安排加工工序，逐步提高精度。☞在有可能产生变形的工序后面增设校直工序。对于左图这种7个主轴颈的曲轴。加工主轴颈顺序为：4-7-1-6-2-5-32.曲轴的加工制造工艺2.4大批生产六缸汽油机曲轴的机械加工的工艺过程汽车发动机制造过程中，曲轴的加工多属大批大量生产，按工序分散原则安排工艺过程。以下为大量生产六缸汽油机曲轴的工艺过程。加工过程中广泛采用了先进工艺和专用机床，实现了机械加工、检验和清洗等工序的自动化。2.曲轴的加工制造工艺2.曲轴的加工制造工艺2.曲轴的加工制造工艺2.曲轴的加工制造工艺2.曲轴的加工制造工艺2.曲轴的加工制造工艺2.5曲轴部分表面的加工曲轴的主要加工表面有主轴颈、连杆轴颈、各外圆、两端面、键槽以及油孔道等。此外，还有还有检验、清洗、去毛刺等工序。☞铣两端面定位基准：两端主轴颈止推面限制5个自由度2.曲轴的加工制造工艺☞加工主轴颈及与主轴颈同轴外圆面采用两端中心孔定位，限制5个自由度。使用成型刀具，加工效率高，但刀具寿命低。主轴颈加工工序：粗车、精车、磨削；2.曲轴的加工制造工艺☞加工连杆轴颈连杆轴颈加工工序：粗车、精车、磨削；采用两端主轴颈径向定位，限制4个自由度；止推面轴向定位，限制一个移动自由度；第一平衡块的侧面定位面周向定位，限制一个旋转自由度。2.曲轴的加工制造工艺☞加工油孔道曲轴上的深油孔是典型的斜长孔。传统的加工方法采用高速钢深孔麻花钻加工，但刀具寿命低，设备柔性差，目前已逐渐被枪钻和MQL技术麻花钻代替。定位基准：两端中心孔、止推面、连杆轴颈。限制6个自由度。2.曲轴的加工制造工艺☞精车止推面，铣键槽，精镗导向孔此时采用前端中心孔限制2个自由度（后端导向孔被加工为导向孔），后端外圆限制2个自由度。后端面轴向定位限制一个移动自由度。曲轴加工过程中，需要在两端面加工中心孔作为定位基准。按照其加工位置不同，可分为几何中心孔和质量中心孔。3.曲轴加工的先进技术3.1质量中心孔技术几何中心孔是以曲轴两端主轴颈外圆定位钻出的中心孔，其形成的轴线是几何中心线。在质量定心机上先找出曲轴的质量轴线，按其所处的位置钻出的中心孔则为质量中心孔，其形成的轴线是质量中心线。质量定心机简图3.曲轴加工的先进技术如果曲轴几何形状旋转对称、质量密度完全均匀，则其几何中心线和质量中心线重合；而实际生产中，由于毛坯上的几何形状误差和质量分布不均等原因，几何中心线与质量中心线往往不重合。传统曲轴加工工艺多采用几何中心孔。但利用几何中心孔作为定位基准进行车削或磨削加工时，会产生很多不利影响：由于工件旋转会产生离心力，这不仅会影响加工质量，而且加工后余下的动不平衡量较大，在以后装配前的动平衡工序中，需要多次反复测量去重才能达到要求，影响生产效率。现在一些国