曲轴制造工艺

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： 结构细长多曲拐，刚性很差。 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°
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
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。
Ra0.32 Ra0.32 Ra0.32 Ra0.4 0.005 0.005 0.005 0.0064 0.005 0.005 0.008 0.013 0.05 0.05 0.12 0.152 ---------0.051 0 0 0 Φ 62-0.019 Φ 64-0.019 Φ 69-0.019 Ф 69±0.013 Ra0.32 Ra0.32 Ra0.32 Ra0.4 0.005 0.005 0.005 0.0064 0.005 0.005 0.006 0.013 0.015 0.015 0.015 0.03 120º±30’ 120º±11’ 120º±11’ 120º±0.203 R57.5±0.1 R57.5±0.08 R60±0.10 R60±0.076 0.05 0.05 0.05 0.05 ---------0.017 +0.08 +0.08 +0.08 +0.076 44 44 44 37.5 -0.025 0 0 0 Ra0.5 Ra0.5 Ra0.5 Ra0.4
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。
曲轴前 端正时 齿轮
6个连 杆颈
8个平 衡块
曲轴后 端油封 轴颈
曲柄
7个主 轴颈
1. 曲轴概述
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。
切削力相互抵消
中间托架
☞ 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。
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。
对于左图这种7个主轴颈的曲 轴。加工主轴颈顺序为： 4-7-1-6-2-5-3
☞ 在有可能产生变形的工序后面增设校直工序。
3. 曲轴加工的先进技术
3.1 质量中心孔技术
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。
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 主轴颈加工工序：粗车、精车、磨削； 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。
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。
R1.25≈Ra0.25 Ra0.3 0.007 0.01 0.005（1/4） 0.008 0.008/25.4 0.14 0.05 0.05 ---Ф 76±0.013 Φ 102 -0.012 Ф 51.99±0.01 -0.034 Ra0.4 R1.25≈Ra0.25 Ra0.3 0.0064 0.007 0.01 0.005（1/4） 0.013 0.008 0.008/25.4 0.03 φ 0.015 φ 0.015 120º±0.203 ±20’ ±0.2 R67.5±0.076 R78±0.04 R38.475±0.05 0.05 ---0.025 0.023 0.03 平面度（＋0.005)(-0.01) +0.076 +0.039 43 -0.025 42.4 32.025±0.025 0 Ra0.4 R1.6≈Ra0.32 L：Ra0.8 R：Ra0.6
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
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。
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
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。
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
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
曲轴各部分的功用：
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。
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
某工厂7个型号曲轴加工技术要求：
项目 尺寸 主 表面粗糙度 轴 圆度 颈 圆柱度 中间轴颈对两端轴颈的跳动 对相邻轴颈的跳动 尺寸 表面粗糙度 圆度 圆柱度 对主轴颈平行度 相位角 曲柄半径 对主轴颈跳动 垂直度
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；
汽车典型零件制造工艺
曲轴制造工艺
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
粗基准加工
精基准加工
外圆粗加工 外圆精加工
其他表面加工
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。
6100
0Байду номын сангаас
6102
0
6105
0
6B
6C
Ra0.4 0.0064 0.013 0.152 0.051
DCI11 Φ 102 -0.034
-0.012
491
Ф 56.98±0.01
Φ 75-0.019 Φ 80-0.019 Φ 80-0.019
Ф 83±0.013 Ф 98±0.013
连 杆 轴 颈
止 推 轴 宽度 颈 表面粗糙度
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。
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
2.4 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
☞ 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。
铣削角向定位基准面
角向定位面
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。