曲轴加工工艺设计

》

3 曲轴加工工艺

曲轴的功用、结构特点及工作条件

曲轴在发动机内是一个高速旋转的长轴，它将活塞的直线往复运动变为旋转运动，进而通过飞轮把扭矩输送给底盘的传动系，同时还骆动配气机构及其它辅助装置，所以其受力条件相当复杂，除了旋转质量的离心力外，还承受周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。为保证工作可靠，曲轴必须要有足够的强度和刚度，各工作表面要耐磨。而且润滑良好。其结构如图3.1.18所示，主要由主轴颈、连杆轴颈、油封轴颈、齿轮轴颈、皮带轮轴颈和曲柄臂等组成。

曲抽的毛坯材料及制造方法

CA6102发动机曲轴采用45"钢模锻方式制造，它具有较高的刚度、强度和良好的耐磨性。图3.1.19为其毛坯图。

曲轴的主要加工表面及技术要求

如图3.1.18所示，CA6102发动机曲轴的主要加工表面及技术要求如下:

<

1.主轴颈:曲轴共有7个主轴颈，它们是曲轴的支点。为了最大限度地增加曲轴的刚度，通常将主轴颈设计得粗一些，尽管这会增加重量，但是它可以大大提高曲轴的刚度，增加重叠度，减轻扭振的危害。

主轴颈为7560.32a h R m φμ，圆柱度公差为0.005mm 。第一轴颈长0.100.0543.7mm ++，第四轴颈宽0.37070mm +,

第七轴颈宽59.70.23mm ±，第二、三、五、六轴颈宽0.310

38mm +以第一、七主轴颈为基准。第四主轴颈的径向跳动公差为0.05mm 。

2.连杆轴颈：曲轴共有六个连杆轴颈，它与连杆总成大头相连接。轴颈为6260.32a h R m φμ,圆柱度公差为0.005mm 。轴颈宽38H10mm ，其与主轴颈的重叠度为11.35mm 。

3.油封轴颈：油封轴颈为1007h mm φ。

4.曲柄臂:曲柄臂用于连接主轴颈和连杆轴颈，共有十二个。它呈长圆形，是曲轴的薄弱环节。容易产生扭断和疲劳破坏。曲柄半径为R 士mm 。

5.各连杆轴颈轴心线的相位差在30'±之内。

6.曲轴必须经过动平衡，精度为54g cm ⋅。

…

7.主轴颈、连杆轴颈要进行表面淬火，淬硬深度2mm-4mm,55-53HRC 。油封轴颈(即安装飞轮轴颈)也要进行表面淬火，淬硬深度不小于1mm,54-63HRC 。

8.曲轴还要进行探伤检查。要求曲轴的加工表面不允许出现“发裂”。

曲轴的机械加工工艺过程

曲轴的机械加工工艺过程在很大程度上取决于生产批量、加工要求、毛坯种类和热处理安排等。

典型加工顺序为：铣两端面→钻中心孔→粗车→精车→铣削→热处理→磨削加工等。

曲轴机械加工过程大致可分为以下几个阶段:

①加工定位基面→粗、精车主轴颈→中间检查；

②粗磨主轴颈→铣定位面→车连杆轴颈→加工定位销孔、油道孔等次要表面→中间检查；

-

③中频淬火→半精磨主轴颈→中间检查；

④精磨连杆轴颈→中间检查；

⑤精磨主轴颈→铣键糟→中间检查；

⑥两端孔加工、动平衡→超精加工主轴颈及连杆轴颈→最终检查。

CA6102发动机曲轴生产线共有64道工序，72台设备，其中23台进口设备。其主要工序见表3.1.3。

曲轴加工工艺过程分析及典型夹具

1定位基准的选择。曲轴径向尺寸设计基准为主轴颈和连杆轴颈的轴线；轴向尺寸基准为止推面。

作为精基准(也为设计基准)的中心孔应先加工，粗基准为第一、七主轴颈外画表面，并以第四主轴颈两侧曲柄臂斜面作为轴向定位粗基准。

]

2关键工序及典型夹具。第一道工序为铣端面、钻中心孔。曲轴中心孔是否偏移，对加工表面的余量分布和动平衡有直接影响，所以应使中心孔尽可能接近曲轴的质量中心。加工时，先铣两端面，后钻中心孔。

粗加工主轴颈时，如以中间轴颈作为辅助支承面和轴向定位面时，则中间轴颈加工应安排在其它轴颈加工之前进行粗加工或半精加工；曲柄定位面(也称平台)应在连杆轴颈加工之前进行加工；油道孔、定位销孔的加工应在轴颈粗磨之后，淬火之前进行；表面淬火应在半精磨加工之前进行；平衡在精加工之后进行；校直是在容易引起曲轴弯由变形的工序之后进行，如在粗车、粗磨、热处理工序之后进行；最终检查在清铣之后进行。

图3.1.2和图所示为第一道工序MP-73铣钻组合机及其所用自定心夹具。

通过液压油缸带动铰链机构实现自动定心。油缸4前腔进油时，活塞杆带动铰链8推动连接杆5,然后再带动铰链5，使两端卡爪体前进夹紧工件。当油缸后腔进油时，则夹爪松开。

在调整夹具精度时（指夹爪与中心钻的位置精度)，如果需要调整夹爪体行程距离，就拧动螺帽7,此时两端夹爪体同时前进或后退。当需要微量调整某一个夹爪体时，就拧动微调旋钮1来实现。

为保证中心孔的加工精度，此工序备有一个校准中心钻位置精度(相对于夹紧中心)的校准件，用以经常检查和调整夹具。图3.1.22为检查中心钻相对于夹具的位置精度示意图。检查方法如下:首先将校准件夹紧，然后使校准件的活动套沿中心钻外圆旋转，如果能转过一周。且活动套与

中心钻外圆的接触间隙相同(用塞尺测量)，则证明中心钻与夹具调整正好合格，否则要重新调整夹具。

:

图3.1.23所示第13道工序A662铣床夹具。铣削面为第一和第十二曲柄臂两侧面上的定位面。气缸5带动其两端带有斜面的推杆6，推动顶杆3使压板4夹紧工件。曲轴的轴向定位是以油封轴颈端面靠在夹具轴向定位件1上.并以V形铁2作为角向定位(v形铁可上下浮动)。

图3.1.24为曲轴连杆轴颈车床加工示意图。本机床有两个工位，每个工位的刀架数等于连杆轴颈数(如图3.1.25)。一个工位用多刀同时车削所有的连杆轴颈台肩端面，另一个工位用多刀同时车削所有的曲柄销外圆。中间主轴颈用中心架支承。曲轴用两端主轴颈、第一主轴颈台肩端面及曲柄臂侧面的工艺平面为定位基准。主轴颈和机床主轴同轴。加工时，曲轴绕其主轴颈轴心旋转，曲轴是与所有车刀同步旋转的。机床的工作原理如图3.1.26所示。曲轴旋转一周，车刀把外圆表面切去一层金属。车刀径向进给，将全部余量切掉。

该机床的生产率高，但更换刀具和机床重新调整的时间较长。由于刀架与机床主轴同步运动。当主轴转速提高时，在刀架上会产生相当大的惯性力，因而切削速度的提高受到一定的限制。

钻深油孔是在轴颈淬火以前进行。深孔加工有一些特殊的间题要注意，首先是排除切屑不方便，其次是刀具冷却困难，从而降低钻头的寿命。另外，钻头容易引偏，钻头刚性差，容易造成孔轴线外斜，并可能导致钻头折断等。解决的措施有: