曲軸加工工藝

3 曲軸加工工藝

3.1曲軸的功用、結構特點及工作條件

曲軸在發動機內是一個高速旋轉的長軸，它將活塞的直線往復運動變為旋轉運動，進而通過飛輪把扭矩輸送給底盤的傳動系，同時還駱動配氣機構及其它輔助裝置，所以其受力條件相當復雜，除了旋轉質量的離心力外，還承受周期性變化的氣體壓力和往復慣性力的共同作用，使曲軸承受彎曲與扭轉載荷。為保證工作可靠，曲軸必須要有足夠的強度和剛度，各工作表面要耐磨。而且潤滑良好。其結構如圖3.1.18所示，主要由主軸頸、連桿軸頸、油封軸頸、齒輪軸頸、皮帶輪軸頸和曲柄臂等組成。

3.2 曲抽的毛坯材料及制造方法

CA6102發動機曲軸采用45"鋼模鍛方式制造，它具有較高的剛度、強度和良好的耐磨性。圖3.1.19為其毛坯圖。

3.3 曲軸的主要加工表面及技術要求

如圖3.1.18所示，CA6102發動機曲軸的主要加工表面及技術要求如下:

1.主軸頸:曲軸共有7個主軸頸，它們是曲軸的支點。為了最大限度地增加曲軸的剛度，通常將主軸頸設計得粗一些，盡管這會增加重量，但是它可以大大提高曲軸的剛度，增加重疊度，減輕扭振的危害。

主軸頸為 ，圓柱度公差為 。第一軸頸長 ，第四軸頸寬 ,第七軸頸寬 ，第二、三、五、六軸頸寬 以第一、七主軸頸為基準。第四主軸頸的徑向跳動公差為0.05mm。

2.連桿軸頸：曲軸共有六個連桿軸頸，它與連桿總成大頭相連接。軸頸為 ,圓柱度公差為0.005mm。軸頸寬38H10mm，其與主軸頸的重疊度為11.35mm。

3.油封軸頸：油封軸頸為 。

4.曲柄臂:曲柄臂用于連接主軸頸和連桿軸頸，共有十二個。它呈長圓形，是曲軸的薄弱環節。容易產生扭斷和疲勞破壞。曲柄半徑為R(57.15士0.07)mm。

5.各連桿軸頸軸心線的相位差在 之內。

6.曲軸必須經過動平衡，精度為 。

7.主軸頸、連桿軸頸要進行表面淬火，淬硬深度2mm-4mm,55-53HRC。油封軸頸(即安裝飛輪軸頸)也要進行表面淬火，淬硬深度不小于1mm,54-63HRC。

8.曲軸還要進行探傷檢查。要求曲軸的加工表面不允許出現“發裂”。

3.4 曲軸的機械加工工藝過程

曲軸的機械加工工藝過程在很大程度上取決于生產批量、加工要求、毛坯種類和熱處理安排等。

典型加工順序為：銑兩端面→鉆中心孔→粗車→精車→銑削→熱處理→磨削加工等。

曲軸機械加工過程大致可分為以下幾個階段:

①加工定位基面→粗、精車主軸頸→中間檢查；

②粗磨主軸頸→銑定位面→車連桿軸頸→加工定位銷孔、油道孔等次要表面→中間檢查；

③中頻淬火→半精磨主軸頸→中間檢查；

④精磨連桿軸頸→中間檢查；

⑤精磨主軸頸→銑鍵糟→中間檢查；

⑥兩端孔加工、動平衡→超精加工主軸頸及連桿軸頸→最終檢查。

CA6102發動機曲軸生產線共有64道工序，72臺設備，其中23臺進口設備。其主要工序見表3.1.3。

3.5 曲軸加工工藝過程分析及典型夾具

1定位基準的選擇。曲軸徑向尺寸設計基準為主軸頸和連桿軸頸的軸線；軸向尺寸基準為止推面。

作為精基準(也為設計基準)的中心孔應先加工，粗基準為第一、七主軸頸外畫表面，并以第四主軸頸兩側曲柄臂斜面作為軸向定位粗基準。

2關鍵工序及典型夾具。第一道工序為銑端面、鉆中心孔。曲軸中心孔是否偏移，對加工表面的余量分布和動平衡有直接影響，所以應使中心孔盡可能接近曲軸的質量中心。加工時，先銑兩端面，后鉆中心孔。

粗加工主軸頸時，如以中間軸頸作為輔助支承面和軸向定位面時，則中間軸頸加工應安排在其它軸頸加工之前進行粗加工或半精加工；曲柄定位面(也稱平臺)應在連桿軸頸加工之前進行加工；油道孔、定位銷孔的加工應在軸頸粗磨之后，淬火之前進行；表面淬火應在半精磨加工之前進行；平衡在精加工之后進行；校直是在容易引起曲軸彎由變形的工序之后進行，如在粗車、粗磨、熱處理工序之后進行；最終檢查在清銑之后進行。

圖3.1.2和圖3.1.21所示為第一道工序MP-73銑鉆組合機及其所用自定心夾具。

通過液壓油缸帶動鉸鏈機構實現自動定心。油缸4前腔進油時，活塞桿帶動鉸鏈8推動連接桿5,然后再帶動鉸鏈5，使兩端卡爪體前進夾緊工件。當油缸后腔進油時，則夾爪松開。

在調整夾具精度時（指夾爪與中心鉆的位置精度)，如果需要調整夾爪體行程距離，就擰動螺帽7,此時兩端夾爪體同時前進或后退。當需要微量調整某一個夾爪體時，就擰動微調旋鈕1來實現。

為保證中心孔的加工精度，此工序備有一個校準中心鉆位置精度(相對于夾緊中心)的校準件，用以經常檢查和調整夾具。圖3.1.22為檢查中心鉆相對于夾具的位置精度示意圖。檢查方法如下:

首先將校準件夾緊，然后使校準件的活動套沿中心鉆外圓旋轉，如果能轉過一周。且活動套與中心鉆外圓的接觸間隙相同(用塞尺測量)，則證明中心鉆與夾具調整正好合格，否則要重新調整夾具。

圖3.1.23所示第13道工序A662銑床夾具。銑削面為第一和第十二曲柄臂兩側面上的定位面。氣缸5帶動其兩端帶有斜面的推桿6，推動頂桿3使壓板4夾緊工件。曲軸的軸向定位是以油封軸頸端面靠在夾具軸向定位件1上.并以V形鐵2作為角向定位(v形鐵可上下浮動)。

圖3.1.24為曲軸連桿軸頸車床加工示意圖。本機床有兩個工位，每個工位的刀架數等于連桿軸頸數(如圖3.1.25)。一個工位用多刀同時車削所有的連桿軸頸臺肩端面，另一個工位用多刀同時車削所有的曲柄銷外圓。中間主軸頸用中心架支承。曲軸用兩端主軸頸、第一主軸頸臺肩端面及曲柄臂側面的工藝平面為定位基準。主軸頸和機床主軸同軸。加工時，曲軸繞其主軸頸軸心旋轉，曲軸是與所有車刀同步旋轉的。機床的工作原理如圖3.1.26所示。曲軸旋轉一周，車刀把外圓表面切去一層金屬。車刀徑向進給，將全部余量切掉。

該機床的生產率高，但更換刀具和機床重新調整的時間較長。由于刀架與機床主軸同步運動。當主軸轉速提高時，在刀架上會產生相當大的慣性力，因而切削速度的提高受到一定的限制。

鉆深油孔是在軸頸淬火以前進行。深孔加工有一些特殊的間題要注意，首先是排除切屑不方便，其次是刀具冷卻困難，從而降低鉆頭的壽命。另外，鉆頭容易引偏，鉆頭剛性差，容易造成孔軸線外斜，并可能導致鉆頭折斷等。解決的措施有:

①采取分級進給，以便排除切屑和改善刀具的冷卻。深孔鉆組合機床的動力頭備有分級進給機構，控制動力頭的進退。鉆頭每鉆入一定深度后就退出排屑，再次鉆入一定深度后又退出，如此自動循環，直至鉆至所需的深度為止。如圖3.1.27所示。

②適當加大鉆頭螺旋槽和螺旋角，以改善排屑。

③細長的鉆頭在開始鉆入時的加工精度對孔全長的直線度有很大的影響。由于深油孔和軸頸表面形成一個角度，鉆頭容易引偏，故在鉆深油孔前用專用鉆床在軸頸表面糊一個半球形的凹坑，鉆孔時鉆頭便不致傾斜。同時，應提高鉆套的位置精度，縮短鉆套與工件表面的距離，并使鉆套長度不小于孔徑的三倍。

2K34曲軸拋光機床是一種超精加工設備，它是利用油石或砂布進行光整加工的，其運動比較復雜(工件的旋轉運動，油石的縱向移動，工件與油石的高速振動)。在超精加工過程中，油石與工件的高速振動是其重要的特征。工件表面形成無數細徽的螺旋線，這些

螺旋線又互相交錯而重合，如圖3.1.28所示。由于整個工件表面上都同樣不斷地進行交錯切削，就把被加工表面上的全部突出尖鋒徹底削掉，剩下的只是不明顯的凹痕了，這就是它能形成特別低的粗糙度的主要原因。

曲軸是形狀細長而復雜的工件，要求在同一時間內對14個軸頸進行超精加工(包括油封軸頸)，公差為0.019mm，粗糙度為 ，其加工參數為：

①工作主軸轉數在一個加工循環中先慢速后快速。

粗研加工：慢速43r/min；快速131r/min。

精研加工:慢速85r/min；快速131r/min。

②工件振動頻次：415次/min；振幅6mm。

③油石的移動量為：12-17mm；移動速度1-1.2m/min。

一般的超精加工過程可分為四個階段。如圖3.1.29所示。四個階段如下:

①強力切削階段。當油石最初與工件接觸時，僅僅碰到工件表面上少數突出尖峰，