曲軸制造工藝設(shè)計過程

1、.曲軸制造工藝過程曲軸是引擎的主要旋轉(zhuǎn)機件，裝上連桿后，可承接連桿的上下(往復(fù))運動變成循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運動。是發(fā)動機上的一個重要的機件，其材料是由碳素構(gòu)造鋼或球墨鑄鐵制成的，有兩個重要部位：主軸頸，連桿頸，還有其他。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個典型的曲柄滑塊機構(gòu)。曲軸潤滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤滑和兩頭固定點的潤滑 這個一般都是壓力潤滑的，曲軸中間會有油道和各個軸瓦相通，發(fā)動機運轉(zhuǎn)以后靠機油泵提供壓力供油進展?jié)櫥?、降溫。發(fā)動機工作過程就是，活塞經(jīng)過混合壓縮氣的燃爆，推動活塞做直線運動，并通過連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。曲軸的

2、旋轉(zhuǎn)是發(fā)動機的動力源。也是整個船的源動力。1.曲軸制造技術(shù)/工藝的進展 1、球墨鑄鐵曲軸毛坯鑄造技術(shù) 1 熔煉 高溫低硫純潔鐵水的獲得是生產(chǎn)高質(zhì)量球墨鑄鐵的關(guān)鍵。國內(nèi)主要是以沖天爐為主的生產(chǎn)設(shè)備，鐵水未進展預(yù)脫硫處理；其次是高純生鐵少、焦炭質(zhì)量差。目前已采用雙聯(lián)外加預(yù)脫硫的熔煉方法，采用沖天爐熔化鐵水，經(jīng)爐外脫硫，然后在感應(yīng)電爐中升溫并調(diào)整成分。目前，在國內(nèi)鐵水成分的檢測已普遍采用真空直讀光譜儀來進展。 2 造型 氣流沖擊造型工藝明顯優(yōu)于粘土砂型工藝，可獲得高精度的曲軸鑄件，該工藝制作的砂型具有無反彈變形量等特點，這對于多拐曲軸尤為重要。目前，國內(nèi)已有一些曲軸生產(chǎn)廠家從德國、意大利、西班牙等國

3、引進氣流沖擊造型工藝，不過，引進整條生產(chǎn)線的只有極少數(shù)廠家，如文登天潤曲軸XX引進了德國KW鑄造生產(chǎn)線。 2、鋼曲軸毛坯的鍛造技術(shù) 近幾年來，國內(nèi)已引進了一批先進的鍛造設(shè)備，但由于數(shù)量少，加之模具制造技術(shù)和其他一些設(shè)施跟不上，使一局部先進設(shè)備未發(fā)揮應(yīng)有的作用。從總體上來講，需改造和更新的陳舊的普通鍛造設(shè)備多，同時，落后的工藝和設(shè)備仍占據(jù)主導(dǎo)地位，先進技術(shù)有所應(yīng)用但還不普遍。 3、機械加工技術(shù) 目前國內(nèi)曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機床和專用機床組成，生產(chǎn)效率和自動化程度相對較低。粗加工設(shè)備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，難以到達合理的加工余量。一般精加工采用

4、MQ8260等曲軸磨床粗磨-半精磨-精磨-拋光，通?？渴止げ僮?，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。發(fā)動機曲軸制造技術(shù)進展最為迅速的是機械加工裝備，比擬典型的加工工藝是銑削和磨削。下面簡要介紹GF70M-T曲軸磨床和VDF 315 OM-4高速隨動外銑床，其先進程度可見一斑： GF70M-T曲軸磨床是日本TOYADA工機開發(fā)生產(chǎn)的專用曲軸磨床，是為了滿足多品種、低本錢、高精度、大批量生產(chǎn)需要而設(shè)計的數(shù)控曲軸磨床。該磨床應(yīng)用工件回轉(zhuǎn)和砂輪進給伺服聯(lián)動控制技術(shù)，可以一次裝夾而不改變曲軸回轉(zhuǎn)中心即可完成所有軸頸的磨削，包括隨動跟蹤磨削連桿軸頸；采用靜壓主軸、靜壓導(dǎo)軌、靜壓進給絲杠砂輪頭架和線性光柵閉環(huán)控制，使用TOYA

5、DA工機生產(chǎn)的GC50 C控制系統(tǒng)，磨削軸頸圓度精度可到達0.002mm；采用CBN砂輪，磨削線速度高達120m/s，配雙砂輪頭架，磨削效率極高。 VDF 315 OM-4高速隨動外銑床是德國BOEHRINGER公司專為汽車發(fā)動機曲軸設(shè)計制造的柔性數(shù)控銑床，該設(shè)備應(yīng)用工件回轉(zhuǎn)和銑刀進給伺服連動控制技術(shù)，可以一次裝夾不改變曲軸回轉(zhuǎn)中心隨動跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸。VDF 315 OM-4高速隨動外銑采用一體化復(fù)合材料構(gòu)造床身，工件兩端電子同步旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特點；使用SIEMENS 840D C控制系統(tǒng)，設(shè)備操作說明書在人機界面上，通過輸入零件的根本參數(shù)即可自動生成

6、加工程序，可以加工長度450700mm、回轉(zhuǎn)直徑在380mm以內(nèi)的各種曲軸，連桿軸頸直徑誤差為±0.02mm。 4、熱處理和外表強化處理技術(shù) 曲軸的熱處理關(guān)鍵技術(shù)是外表強化處理。球墨鑄鐵曲軸一般均采用正火處理，為外表處理做好組織準備，外表強化處理一般采用感應(yīng)淬火或氮化工藝。鍛鋼曲軸那么采用軸頸與圓角淬火工藝。引進的設(shè)備有AEG全自動曲軸淬火機床、EMA淬火機床等。 據(jù)國外資料介紹，球墨鑄鐵曲軸采用圓角滾壓工藝與離子氮化結(jié)合使用進展復(fù)合強化，可使整條曲軸的抗疲勞強度提高130%以上。國內(nèi)局部廠家近幾年也進展了這方面的實踐，取得了良好的效果。 曲軸圓角滾壓加工方面，德國赫根塞特HEGEN

7、SCHEIDT-MFD AUTOMATIC生產(chǎn)的機床應(yīng)用了變壓力滾壓和矯正專利技術(shù)，是比擬好的圓角滾壓設(shè)備，但價格昂貴。目前國內(nèi)在這方面的研究也有了一定的成果，東風(fēng)汽車XX工藝研究所的“曲軸圓角滾壓強化與滾壓校直技術(shù)研究開發(fā)及應(yīng)用解決了國內(nèi)企業(yè)化巨資引進國外技術(shù)的問題，該課題獲得了原國家機械工業(yè)局科技進步二等獎。2.曲軸制造技術(shù)的開展趨勢 1、鑄造技術(shù) 1熔煉 對于高牌號鑄鐵的熔化，將采用大容量中頻爐進展熔煉或變頻中頻爐熔煉，并采用直讀光譜儀檢測鐵水成分。球墨鑄鐵處理采用轉(zhuǎn)包，研制新品種球化劑，采用隨流孕育、型內(nèi)孕育及復(fù)合孕育等先進孕育方法。熔化過程的各參數(shù)實現(xiàn)微機控制和屏幕顯示。 2造型 消

8、失模鑄造將得到開展和推廣。在砂型鑄造中，無箱射壓造型和擠壓造型將受到重視并繼續(xù)在新建廠或改建廠中推廣應(yīng)用。原有的高壓造型線將繼續(xù)使用，其中局部關(guān)鍵元件將得到改良，實現(xiàn)自動組芯和下芯。 2、鍛造技術(shù) 以熱模鍛壓力機、電液錘為主機的自動線是鍛造曲軸生產(chǎn)的開展方向，這些生產(chǎn)線將普遍采用精細剪切下料、輥鍛楔橫軋制坯、中頻感應(yīng)加熱、精整液壓機精壓等先進工藝，同時配有機械手、輸送帶、帶回轉(zhuǎn)臺的換模裝置等輔機，形成柔性制造系統(tǒng)FMS。通過FMS可自動更換工件和模具以及自動進展參數(shù)調(diào)節(jié)，在工作過程中不斷測量。顯示和記錄鍛件厚度和最大壓力等數(shù)據(jù)并與定值比擬，選擇最正確變形量以獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。由中央控制室監(jiān)控整個系

9、統(tǒng)，實現(xiàn)無人化操作。 3、機械加工技術(shù) 曲軸粗加工將廣泛采用數(shù)控車床、數(shù)控內(nèi)銑床、數(shù)控車拉床等先進設(shè)備對主軸頸、連桿軸頸進展數(shù)控車削、內(nèi)銑削、車-拉削加工，以有效減少曲軸加工的變形量。曲軸精加工將廣泛采用C控制的曲軸磨床對其軸頸進展精磨加工。此種磨床將配備砂輪自動動平衡裝置、中心架自動跟蹤裝置、自動測量、自動補償裝置、砂輪自動修整、恒線速度等功能要求，以保證磨削質(zhì)量的穩(wěn)定。高精設(shè)備依賴進口的現(xiàn)狀，估計短期內(nèi)不會改變。 4、熱處理技術(shù)和外表強化技術(shù) 1曲軸中頻感應(yīng)淬火 曲軸中頻感應(yīng)淬火將采用微機監(jiān)控閉環(huán)中頻感應(yīng)加熱裝置，具有效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、運行可控等特點。 2曲軸軟氮化 對于大批量生產(chǎn)的曲軸來

10、說，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，今后將采用微機控制的氮基氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線。氮基氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線由前清洗機清洗枯燥、預(yù)熱爐、軟氮化爐、冷卻油槽、后清洗機清洗枯燥、控制系統(tǒng)及制氣配氣等系統(tǒng)組成。 3曲軸外表強化技術(shù) 球墨鑄鐵曲軸圓角滾壓強化將廣泛應(yīng)用于曲軸加工中，另外，圓角滾壓強化加軸頸外表淬火等復(fù)合強化工藝也將大量應(yīng)用于曲軸加工中，鍛鋼曲軸強化方式將會更多地采用軸頸加圓角淬火處理。3.曲軸止推面磨削燒傷工藝分析 在磨削淬火鋼曲軸止推面時，可能產(chǎn)生以下3種燒傷： 1.回火燒傷 如果磨削區(qū)的溫度未超過淬火鋼的相變溫度，但已超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，止推面表層金屬的回火馬氏體組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火組織索

11、氏體或托氏體，這種燒傷稱為回火燒傷。 2.淬火燒傷 如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬發(fā)生二次淬火，使表層金屬出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，其硬度比原來的回火馬氏體的高，在它的下層，因冷卻較慢，出現(xiàn)了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織索氏體或托氏體，這種燒傷稱為淬火燒傷。 3.退火燒傷 如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，而磨削區(qū)域又無冷卻液進入，表層金屬將產(chǎn)生退火組織，外表硬度將急劇下降，這種燒傷稱為退火燒傷。在曲軸成形磨削中，多屬于此種燒傷。 改善磨削燒傷的途徑 磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷有兩個途徑：一是盡可能地減少磨削熱的產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生

12、的熱量少傳入工件。 1.有沉割槽的曲軸止推軸頸 在圖1中，曲軸止推軸頸有較深的沉割槽，而沉割槽已在以前工序加工好，在磨削時不用磨削沉割槽，只需磨削止推軸頸和兩個止推面。在這種情況下，即使是使用成形砂輪磨削，只要使用強力冷卻、合理的磨削余量和選擇好砂輪參數(shù)，一般情況下可以防止磨削燒傷缺陷的出現(xiàn)。在使用窄砂輪磨削止推軸頸時，可采用的方案是：調(diào)整程序和砂輪的角度磨削，使砂輪從軸頸的右側(cè)以斜切方式進入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；使砂輪從軸頸的左側(cè)以斜切方式進入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；使砂輪從軸頸的中間快速切入磨削至要求尺寸，再快速退出。在上述磨削時，要應(yīng)用強力冷卻。

13、至此，止推軸頸及兩側(cè)面磨削完畢。 2.無沉割槽的曲軸止推軸頸 圖2所示曲軸止推軸頸無沉割槽，在磨削時需磨削止推軸頸和兩個止推面，另外還有兩個成形圓角。在這種情況下，即使是使用窄砂輪磨削，使用強力冷卻，也很難防止磨削燒傷缺陷的出現(xiàn)。下面分兩種磨削方式來分述解決方案： 1成形磨削。在成形磨削中，其產(chǎn)生燒傷的主要原因是磨削熱的大量積累和冷卻液無法進入而造成的退火燒傷，退火燒傷造成曲軸止推面硬度下降，表層產(chǎn)生退火組織，止推面的耐磨性變差，嚴重影響發(fā)動機的運行穩(wěn)定性。根據(jù)其造成燒傷的主要因素，我們分別從3個方面入手：選擇適宜的砂輪、選擇合理的磨削余量和改善冷卻條件。選擇適宜的砂輪。淬火鋼曲軸止推面硬度高

14、、面積大，砂粒易磨鈍。為了防止砂粒磨鈍而產(chǎn)生大量磨削熱，砂輪硬度宜選軟些，以便磨鈍的砂粒及時脫落，保持砂輪的自銳性。組織較軟的砂輪氣孔多，其中可以容納切屑，防止砂輪堵塞，又可將冷卻液或空氣帶入磨削區(qū)域，從而使磨削區(qū)域溫度降低。 在保證曲軸止推面粗糙度要求的前提下，宜選擇較粗粒度的砂輪，以到達較高的去除比率；另外，砂輪必須精細地平衡，以便砂輪工作時處于良好的平衡狀態(tài)；砂輪必須及時修整以保持其鋒利；影響砂輪修整頻次的因素很多，包括被磨材料的純度和類型、冷卻液的凈度等；修整砂輪的金剛石支座必須結(jié)實，假設(shè)金剛石外表上有0.50.6mm的磨損量，標志金剛石已磨鈍了，應(yīng)及時更換；嚴格控制砂輪傳動系統(tǒng)及砂輪

15、心軸的間隙；砂輪傳動帶松緊調(diào)整適宜。選擇合理的磨削余量和磨削參數(shù)。在生產(chǎn)實踐中，常以提高工件速度，減少徑向進給量來減少工件外表燒傷和裂紋。有一種經(jīng)歷為0.1mm磨削法，即在最后加工的0.1mm余量中，逐漸減少進給量，可以去掉前兩次磨削行程中產(chǎn)生的外表損傷層，以減少磨削燒傷。 根據(jù)以上理論，我們在生產(chǎn)實踐中采用曲軸止推軸頸多工序磨削，分為粗磨、半精磨和靜磨等工序。經(jīng)過多工序磨削后，曲軸止推軸頸直徑余量為0.150.25mm，止推面單邊余量為0.040.07mm，成形磨削再配以強力冷卻等措施，可有效防止燒傷缺陷的產(chǎn)生。值得一提的是，選擇合理的磨削余量，還可以防止止推面出現(xiàn)喇叭口形狀因防止燒傷，一般選擇較軟的砂輪，余量太大，磨粒脫落較塊，容易出現(xiàn)錐面。改善冷卻條件，實施強力冷卻。冷卻液必須有效充分，冷卻液必須噴到磨削區(qū)域；流量一般為4045L/min，以實現(xiàn)充分冷卻；壓力一般為0.81.2N/mm2，以沖去粘在砂輪上的切屑；保持冷卻液的純潔，妥善地過濾，以去除冷卻液的切屑、磨粒等臟物；冷卻液的容器要足夠大，以免摻入過多的氣體或泡沫；防止冷卻液的溫度急劇升高或降低，一般控制冷卻系統(tǒng)的容積和工作間的室溫，就足以控制冷卻液的溫度，然而在特殊儲況下應(yīng)當使用散熱器。 2窄砂輪磨削砂輪寬度低于止推軸頸檔