曲轴加工工艺讲解1

3.2 曲柄连杆机构简图
往复活塞式内燃机的的主要工作机构，它承受 燃料燃烧时产生的气体力，并将此传递给曲轴对 外输出做功，同时将活塞的往复运动转变为曲轴 的旋转运动，是实现热功转换的主要机构。
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3.3 配气机构简图
按照内燃机工作循环要求，保证新鲜空气或可 燃混合气体适时充入汽缸，并将燃烧后的废气及 时排出
毛坯余量的大小也是选择铣削或车拉、车车拉 工艺的依据之一，毛坯余量大，通常≥5mm（单边 余量），常采用外铣或内铣工艺，毛坯质量好,余 量≤3mm（单边余量）常采用车拉、车车拉工艺。 曲轴粗加工也可以先进行内铣（或外铣）主轴 颈和连杆轴颈，去除大部分余量，释放应力再进 行车车拉主轴颈和连杆轴颈，这样对减小曲轴的 粗加工变形更为有利，经过车车拉后，曲轴相当 于进行了粗磨，获得了较高的轴向尺寸和轴颈尺 寸精度。 以下就曲轴粗加工各类工艺优缺点及适用范围 列表，在曲轴粗加工工艺确定时以作参考。
(二)、 曲轴工艺性分析
2.1 质量中心孔及几何中心孔的选用 ⑴ 如果毛坯质量好，留有的加工余量小，且加工余 量分布均匀，曲轴的质量中心基本上与几何中心重合， 则不必花费较高的经费购臵定心设备，而选用几何中心 孔，节省昂贵的质量定心设备投资。目前西欧各国对于 质量良好的毛坯，经多年实践验证，推荐采用几何中心 孔。
曲轴加工工艺分析
一拖（洛阳）柴油机公司
2013年07月08日
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续表2-1
序 号 工艺名 称 优点
曲轴粗加工工艺比较表
缺点 对平衡块侧面需要加工 的曲轴不是最佳工艺； 效率比铣削低； 设备投资高； 刀片消耗较大。 适用范围 适合曲轴长度在700mm以 下成批、大批量生产。
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车拉、 车车拉
是加工带轴向清根曲轴唯一方法； 具有较高柔性； 曲轴变形小，加工质量高，可代替粗磨 ； 绝大多数刀片不需要磨削，刀片成本较 低。
卧式加工中心
卧式加工中心
OP60
OP65 OP70
沟槽滚压及校直
精磨主轴颈，油封外径,芯轴外径 精磨连杆颈
沟槽滚压及校直 机床
数控多轮磨床 数控连杆颈磨床
OP80
OP90
精车止推面及法兰面
铣键槽
法兰面加工机床
卧式加工中心
OP100
油孔去毛刺，倒角，键槽、锐角去毛刺，刷、探测 油孔 动平衡、去重
去毛刺机机器人
⑵ 如果毛坯质量较差，毛坯加工的余量大
，而且余量分布不均匀，则优先选用钻质量中心 孔。因初始不平衡量较大，如果钻几何中心孔， 质量分布的不均匀，使转动惯量较大，易损害加 工设备精度。再则，在进行精平衡时，动平衡机 对上机允许平衡的初始不平衡量有一定要求，超 过规定要求的不能进行平衡。为了达到平衡精度 要求，因此，也必须选用质量定心，进行第一次 动平衡，控制初始不平衡量。在精平衡时才能经 动平衡去重检测合格。
三、曲轴加工工艺浅析
(一)、定位基准的选择
1.粗基准的选择 曲轴的毛坯一般呈弯曲状态，为了保证两端中 心孔都能钻在两端面的几何中心上，粗基准选择靠 近两端的轴颈（1、5主轴颈）;轴向定位基准一般 选择中间主轴颈两边的曲柄。因为中间主轴颈两边 的曲柄处于曲轴的中间部位，用作粗基准可以减小 其它曲柄的位臵误差。 2.精基准的选择 曲轴与一般的轴类零件相同，最重要的精基准 是中心孔。 曲轴轴向的精基准一般选取止推面，曲轴径向 定位一般选取平衡块的定位平台或法兰上的定位孔 。
曲轴在使用中的磨损是决定发动机是否需要大 修的一个主要因素，如果曲轴质量没有保证，将 严重影响整机的寿命。 因此对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、 表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求 都十分严格。其中曲轴机械加工不仅影响曲轴质 量，而且还与生产率和成本等有密切关系。
1.2.曲轴的组成： 1）曲轴前端（小头） 2）由连杆轴颈、曲柄臂及主轴颈组成的曲拐 3）曲轴后端（法兰）
表2-1
序号 工艺 名称
曲轴粗加工工艺比较表
优点 机床简单，可用普通车床； 投资少； 刀具简单、便宜； 机床较简单； 投资较少； 刀具简单、便宜；加工效率较高。 较高的切削速度（可300m/min）； 较短的切屑时间； 切削力较小； 工件温升较低； 尽可能多的刀片； 刀具寿命高； 加工精度高。 刀片数量较少； 可承受较大负荷； 单件刀片成本低，刀具寿命可达外铣2 倍左右； 加工效率低； 曲轴变形大； 自动化程度低； 加工精度低。 曲轴变形较大； 自动化程度低较低； 加工精度较低。 设备投资中等； 刀具为专用刀具，价格较高。 缺点 适用范围 单件、小批量生 产
一
一、发动机概述 二、曲轴的功能 三、曲轴加工工艺浅析 四、典型的曲轴失效形式及分析
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一、发动机概述
(1).发动机概述
内燃机是将燃料在其燃烧室中燃烧产生的热量 直接转化为机械能的一种动力机械。
(2)发动机分类：
从所用燃料分：汽油机，柴油机，天然气发动机，双燃料 发动机 从着火方式分：压燃式，点燃式 从冲程数分：四冲程，二冲程 从汽缸冷却方式分：水冷，风冷 从增压程度分：自然吸气，增压，增压中冷（水空中冷及 空空中冷） 从汽缸排列方式分：直列式，V型 从混合气准备方式分：化油器式，直喷式 从用途分：拖拉机用，汽车用，工程机械用，船用，发电 机组用
2.2 曲轴粗加工
曲轴粗加工工艺从设备出现的先后历经了单 刀车、多刀成型车、外铣、内铣、车拉、车车拉 、高速随动外铣、复合加工工艺。由于外铣、内 铣、车拉、车车拉、高速随动外铣是多个刀片交 替进行加工，并且为小片状切屑，可产生较小的 径向切削力，有效的减小了曲轴粗加工的切削变 形，变形量大的多刀成型车逐渐淘汰。 通常曲轴长度在在700mm以下时采用车车拉、 外铣工艺居多；曲轴长度在700mm以上时多采用外 铣或内铣曲轴主轴颈和连杆轴颈工艺。
二、曲轴的功能
(1)曲轴概述及组成
1.1 曲轴是活塞式发动机中的一个重要零件，用来 将活塞的往复运动转变为旋转运动。承受冲击载 荷、并且对外输出功率。 曲轴和连杆、活塞等一起组成曲柄连杆机构。 发动机工作时，活塞向下的推力，经连杆传到曲 轴，由曲轴将活塞的往复运到变为曲轴绕其本身 轴线的旋转运动，并向外输出功率，经传动系驱 动汽车或拖拉机。
OP110
动平衡机
OP120
OP130 OP140 OP150 OP160
抛光主轴颈及连杆颈，止推面及油封直径及圆角
探伤 最终清洗、干燥 主轴颈、连杆颈检测、分组、打印 整体表面涂油、入库
曲轴砂带抛光机
磁力探伤机 清洗机 外径分组打刻机
2.4 .2
序号 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 110J 120 130 130J
1
单刀 车
2
多刀 成型 车
成批、大批量生 产
适合曲轴长度在 700mm以下成批 、大批量生产。
3
外铣
4
内铣
只能加工不带轴向清根曲轴； 不易对刀； 非切屑时间较长，加工工序时间比外 铣多30%~50%； 设备投资高； 刀具为专用刀具，价格高。
适合曲轴长度在 700mm以上余量 较大成批、大批 量生产。
国内磨削工艺一般分为粗磨、精磨。国外曲 轴加工，大多数厂家都是一次精磨到位。 而在我国曲轴的技术条件中，中间主轴颈对 1-7主轴颈的跳动要求十分严格。以6缸机为例： 通常为0.02-0.03mm（感应淬火曲轴）或0.05mm（ 软氮化曲轴），这就对曲轴主轴颈加工的要求更 加严格。以钢质曲轴为例，经中频感应淬火后进 行圆角滚压并校直，通常使跳动量控制在0.150.20mm之间，经重新修整中心孔后，使其跳动量 控制在0.075-0.10mm之间，通常跳动量超过 0.08mm，一次磨削就难以达到0.025-0.03mm跳动 量要求。
(3)柴油机基本构成
1.机体和气缸盖 2.曲柄连杆机构， 3.配气机构 4. 供给系统（包括燃料供给系统和进、排气系统） ，润滑系统，冷却系统，启动装臵 5.增压系统（对于增压机）
3.1机体和气缸盖
缸体：内燃机的骨架，内燃机所有零件几乎都要 装在它上面。 。
缸盖：密封汽缸上平面，并与汽缸和活塞组成燃烧室 。
恒线速功能的CNC主轴颈和连杆轴颈磨床，可 避免曲轴磨削烧伤，有效控制曲轴磨削变形，从 而保证曲轴主轴颈和连杆轴颈的圆度≤0.005mm， 圆柱度≤0.005mm，中间主轴颈对两端主轴颈跳动 ≤0.03mm（六缸机），≤0.02mm（四缸机）。 关于主轴颈—连杆颈—大小头或连杆颈—主轴颈 —大小头两种磨削顺序，应由加工精度要求来确 定，前者利于保证曲轴偏心距的尺寸精度，后者 利于轴颈跳动量的保证。
3.4.1燃料供给系统
3.4.2进/排气系统
空气滤清器
进气连接管
进气管
缸盖进气道
消声器
排气管Leabharlann Baidu
缸盖排气道
燃烧室
3.4.3润滑系统
减磨、冷却、清洗、密封、防锈
3.4.4冷却系统
3.4.5启动系统
启动系统包括：电瓶、导线、启动电机。
3.4.6增压系统介绍
增压是在没有增加柴油机的排量和转速的情况 下，提高动力性、经济性和降低排放的有效手段 ，也是柴油机的发展趋势。 在高原地区，由于空气稀薄，非增压机的功率 就会明显下降。增压器在高原运行时随着海拔高 度的升高，其转速也会升高，增压压力就会升高 。而增压机由于这些自身的调节，功率不会明显 下降
2.3 磨削工艺
曲轴粗磨主轴颈是为了消除车削主轴颈产生的应力 弯曲，提高轴颈尺寸精度以给加工连杆颈提供好的定位 和支承。半精磨主轴颈主要是为了消除热处理产生的应 力弯曲，给曲轴其它部分及连杆颈加工提供好的定位和 支承。精磨主轴颈是保证曲轴主轴颈尺寸精度、形位公 差的关键，同时为连杆颈精磨提供良好定位。 连杆颈的磨削分为粗磨和精磨，连杆颈的尺寸精度 、形位公差是靠连杆颈精磨工序来保证的，连杆颈的精 磨工序是曲轴生产中保证曲轴质量的最重要工序。 曲轴是否粗磨或半精磨与曲轴粗加工工艺选择和曲轴 自身精度要求有较大关系。
六缸机锻钢（热模锻）曲轴的典型工艺
工序名称及内容 铣曲轴两端面定总长 粗动平衡，钻质量中心孔 粗车小端 粗车法兰端 铣定位面 线外检测 粗铣全部主轴颈、连杆轴颈及轴肩和颈板面 车/车拉全部主轴颈和园角 车/车拉1、6连杆轴颈及园角 车/车拉2、5连杆轴颈及园角 车/车拉3、4连杆轴颈及园角 线外检测 枪钻直油孔和斜油孔 孔口修缘及去毛刺 线外检测 双端面铣床 质量定心机 数控车床 数控东床 立式铣床 检测仪（电感式） 曲轴内铣床 曲轴车车拉机床 曲轴车车拉机床 曲轴车车拉机床 曲轴车车拉机床 电感测量仪 CNC枪钻中心 机器人 人工观察 设 备
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高速随 动外铣
对平衡块侧面需加工的曲轴，生产效率 是最高； 具有较高柔性； 加工质量高；
设备投资高； 加工效率较低； 自动化程度高。
适合曲轴长度在700mm以 下单件或大批量生产。
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复合加 工
一次装夹完成曲轴加工； 具有较高柔性； 加工质量高；
设备投资高； 加工效率低； 自动化程度高。
适合各类曲轴单件、小批 量生产
如果增加一次半精磨（粗磨），使其跳动量控 制在0.05-0.08mm范围内，再经一次精磨可以稳定 控制其中间主轴颈对1-7主轴颈跳动量要求。相对 而言，4缸机曲轴加工情况要好一些，可以省略半 精磨主轴颈工序，直接精磨。 曲轴主轴颈、连杆轴颈的精磨是曲轴精加工工 序，是保证质量关键工序。由于CNC技术的推广应 用，曲轴主轴颈和连杆轴颈磨床技术进步很快， 广泛采用了带砂轮自动动平衡，自动修整砂轮， 自动测量和自动补偿技术，中心架自动跟踪技术 ，随着磨削轴颈尺寸的减小，中心架跟踪支撑在 相对应的磨削轴颈上，减少曲轴磨削变形。
2.4 .1
序号 OP10 OP20
四缸机锻钢曲轴的典型工艺
工序名称及内容 设备 卧式加工中心 曲轴连杆颈铣床
铣定长，加工中心孔，铣定位块、套铣油封直径及芯 轴端直径 铣主轴颈、连杆颈及沟槽，止推面，油环
OP30
OP40 OP50
铣小圆面，钻油孔
钻铰，倒角法兰面上的工艺孔，钻铰攻法兰面上的螺 纹孔，完成中心孔加工，钻铰加工中心孔， 热处理