曲轴工艺基础知识.ppt

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1、曲轴工艺基础知识曲轴工艺基础知识2006.02.22.2006.02.22.东风汽车有限公司商用车发动机厂东风汽车有限公司商用车发动机厂工艺规程工艺规程制订工艺规程的原则制订工艺规程的原则 在一定的生产条件下，以最少的劳动消耗和最低的费用，按计划规在一定的生产条件下，以最少的劳动消耗和最低的费用，按计划规定的速度，可靠地加工出符合图纸和技术要求的零件。定的速度，可靠地加工出符合图纸和技术要求的零件。注意几个问题：注意几个问题：1.1.技术上的先进性技术上的先进性 2.2.经济上的合理性经济上的合理性 3.3.有良好有良好的劳动条件的劳动条件制订工艺规程的步骤制订工艺规程的步骤 分析零件图和产品

2、装配图分析零件图和产品装配图 确定毛坯确定毛坯 拟订工艺路线拟订工艺路线 确定各工序尺寸及公差确定各工序尺寸及公差 确定各工序的设备、工装确定各工序的设备、工装 确定切削用量和工时定额确定切削用量和工时定额 确定各主要工序的技术要求和检验方法确定各主要工序的技术要求和检验方法 编制工艺文件编制工艺文件曲轴的功用曲轴的功用 曲轴承受连杆传来的力，并由此造成绕其本曲轴承受连杆传来的力，并由此造成绕其本身轴线的力矩身轴线的力矩扭矩，然后通过飞轮驱动汽车扭矩，然后通过飞轮驱动汽车传动系，同时还驱动配气机构和其他辅助装置。传动系，同时还驱动配气机构和其他辅助装置。曲轴是发动机的心脏，在工作中受到周期性曲

3、轴是发动机的心脏，在工作中受到周期性不断变化的燃气冲击力、往复运动质量的惯性力、不断变化的燃气冲击力、往复运动质量的惯性力、旋转质量的离心惯性力等复杂的交变载荷，产生旋转质量的离心惯性力等复杂的交变载荷，产生扭转、横向与纵向振动，承受拉、压、弯和磨损，扭转、横向与纵向振动，承受拉、压、弯和磨损，所以对曲轴的要求是：有足够的强度、刚度、韧所以对曲轴的要求是：有足够的强度、刚度、韧性和耐磨性且润滑良好性和耐磨性且润滑良好。曲轴产品图（简易）曲轴产品图（简易）康明斯曲轴主要尺寸康明斯曲轴主要尺寸序号序号尺寸项目尺寸项目6C6B1主轴颈直径主轴颈直径980.013830.0132连杆颈直径连杆颈直径7

4、60.013690.0133曲柄半径曲柄半径R67.50.076R600.0764主轴颈开档主轴颈开档430.07637.50.0765止推面开档止推面开档JOU443 +0.076/-0.02JOU637.5 +0.076/-0.026连杆颈开档连杆颈开档460.05390.057总长总长967.448578总重总重84Kg左右左右57Kg9最大回转半径最大回转半径R112R10210主轴颈圆角主轴颈圆角R4.20.2R4.20.211连杆颈圆角连杆颈圆角R4.00.2R4.00.212轴向公差轴向公差0.250.2513缸心距缸心距13712014圆度圆度0.00640.006415跳动跳

5、动0.150.1516不平衡量不平衡量36g.cm74 g.cm曲轴的材料曲轴的材料对曲轴材料的要求：对曲轴材料的要求：优良的综合机械性能，有高的强度和韧性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，提高寿命高的抗疲劳能力，防止疲劳断裂，提高寿命良好的耐磨性良好的耐磨性曲轴毛坯的种类曲轴毛坯的种类对整体曲轴来说，毛坯主要是锻钢和球铁对整体曲轴来说，毛坯主要是锻钢和球铁锻钢曲轴的常规工艺路线是：下料锻钢曲轴的常规工艺路线是：下料锻造锻造正火正火粗加工粗加工表面淬火及回火表面淬火及回火精加工精加工球铁曲轴的常规工艺路线是：铸造球铁曲轴的常规工艺路线是：铸造正火正火回火回火粗加

6、工粗加工表面淬火及回火表面淬火及回火精加工精加工球铁曲轴的冷加工性比钢好，且成本只有钢曲轴的球铁曲轴的冷加工性比钢好，且成本只有钢曲轴的1/31/3曲轴毛坯的机加工曲轴毛坯的机加工铣端面、打质量中心孔铣端面、打质量中心孔6C曲轴毛坯图（简易）曲轴毛坯图（简易）康明斯曲轴材料康明斯曲轴材料1.化学成分钢号：48MnV 硬度：HB207-269C：0.45-0.51%Mn：0.9-1.2%Si：0.17-0.37%V：0.05-0.10%P：0.035%S：0.01-0.035%Cu：0.2%6C6C曲轴主要工艺流程曲轴主要工艺流程 粗粗精精车车曲曲轴轴小小端端轴轴颈颈及及粗粗车车第第4 4轴轴颈

7、颈粗粗精精车车法法兰兰及及精精车车第第4 4轴轴颈颈打打标标记记 内内铣铣2 2、3 3、5 5、6 6、7 7主主轴轴颈颈，内内铣铣全全部部连连杆杆颈颈加加工工No.1No.1工工艺艺孔孔钻钻主主轴轴颈颈直直油油孔孔、连连杆杆颈颈斜斜油油孔孔油油孔孔倒倒角角中中间间清清洗洗圆圆角角及及轴轴颈颈淬淬火火（主主轴轴颈颈和和连连杆杆颈颈）回回火火并并热热校校喷喷丸丸中中心心孔孔修修正正及及两两端端螺螺孔孔、平平衡衡块块螺螺孔孔、定定位位孔孔、工工艺艺孔孔加加工工半半精精磨磨所所有有主主轴轴颈颈、磨磨后后油油封封轴轴颈颈及及法法兰兰端端面面精精车车止止推推面面及及倒倒角角精精磨磨所所有有主主轴轴颈颈

8、精精磨磨6 6个个连连杆杆颈颈精精磨磨齿齿轮轮、前前油油封封、皮皮带带轮轮轴轴颈颈及及端端面面抛抛光光油油孔孔口口加加工工正正时时销销孔孔动动平平衡衡返返修修工工序序抛抛光光清清洗洗曲曲轴轴油油孔孔最终清洗最终清洗探伤探伤终检终检防锈包装防锈包装粗粗车车第第4 4轴轴颈颈粗粗磨磨第第4 4轴轴颈颈粗粗车车平平衡衡块块主主轴轴颈颈侧侧面面粗粗车车其其余余主主轴轴颈颈及及两两端端头头精精车车第第1 1、3 3、4 4、6 6主主轴轴颈颈及及小小头头轴轴颈颈精精车车2 2、5 5、7 7主主轴轴颈颈、法法兰兰外外圆圆及及端端面面打打标标记记 铣铣角角向向定定位位块块铣铣NO1NO1、6 6连连杆杆颈

9、颈平平衡衡块块侧侧面面车车削削NO1NO1、6 6连连杆杆颈颈铣铣NO3NO3、4 4连连杆杆颈颈平平衡衡块块侧侧面面车车削削NO3NO3、4 4连连杆杆颈颈车车削削NO2NO2、5 5连连杆杆颈颈加加工工No.1No.1工工艺艺孔孔钻钻主主轴轴颈颈直直油油孔孔、连连杆杆颈颈斜斜油油孔孔油油孔孔倒倒角角中中间间清清洗洗圆圆角角及及轴轴颈颈淬淬火火（主主轴轴颈颈和和连连杆杆颈颈）回回火火并并热热校校喷喷丸丸中中心心孔孔修修正正在在法法兰兰端端钻钻铰铰NO2NO2工工艺艺孔孔半半精精磨磨NO1NO1、7 7主主轴轴颈颈精精车车止止推推面面及及倒倒角角精精磨磨6 6个个连连杆杆颈颈精精磨磨NO6NO

10、6主主轴轴颈颈精精磨磨NO2NO2、4 4、7 7主主轴轴颈颈精精磨磨NO3NO3、5 5主主轴轴颈颈精精磨磨NO1NO1主主轴轴颈颈、齿齿轮轮、前前油油封封及及端端面面精精磨磨后后油油封封轴轴颈颈精精车车法法兰兰端端面面精精车车皮皮带带轮轮轴轴颈颈两两端端孔孔系系的的加加工工抛抛光光油油孔孔口口加加工工正正时时销销孔孔动动平平衡衡返返修修工工序序抛抛光光清清洗洗曲曲轴轴油油孔孔最最终终清清洗洗探伤探伤终检终检防锈包装防锈包装6B曲轴主要工艺流程曲轴主要工艺流程曲轴的粗加工一一.传统车削缺点：传统车削缺点：1.1.由于曲轴毛坯的加工余量比较大，在车削曲柄端面时是一种断续切削，由于曲轴毛坯的加工

11、余量比较大，在车削曲柄端面时是一种断续切削，高速切削时冲击力特别大，且曲轴的刚性差，易引起振动高速切削时冲击力特别大，且曲轴的刚性差，易引起振动2.2.曲轴车削时，常采用大宽度的成型车刀多刀切入的方法，这种方法解曲轴车削时，常采用大宽度的成型车刀多刀切入的方法，这种方法解决了生产率低的问题，但在切削时使工件承受很大的切削力，容易产决了生产率低的问题，但在切削时使工件承受很大的切削力，容易产生变形而影响加工精度生变形而影响加工精度3.3.在车削在车削6 6缸机曲轴时，常采用中间传动的方式，使得工件装卸不方便，缸机曲轴时，常采用中间传动的方式，使得工件装卸不方便，加工各档轴颈刀架及刀具位置需要分别

12、调整，因此更换品种时，重新加工各档轴颈刀架及刀具位置需要分别调整，因此更换品种时，重新调整工作量大调整工作量大二二.曲轴的铣削曲轴的铣削 为克服传统车削的缺点而开发出曲轴的铣削设备，分为外铣和内铣。为克服传统车削的缺点而开发出曲轴的铣削设备，分为外铣和内铣。主要特点：主要特点：1.1.设备刚性好，能很好地适应断续切削，生产效率高设备刚性好，能很好地适应断续切削，生产效率高 2.2.能对加工部位进行精度补偿能对加工部位进行精度补偿 3.3.产生的铁屑较细小产生的铁屑较细小 4.4.刀具费用较高，需要配套设备，投资大刀具费用较高，需要配套设备，投资大 5.5.有一定的柔性，刀具调整较方便、迅速有一

13、定的柔性，刀具调整较方便、迅速曲轴的强化工艺 曲轴失效的主要形式是断裂和轴颈磨损。曲轴断裂的主要原曲轴失效的主要形式是断裂和轴颈磨损。曲轴断裂的主要原因是曲轴的结构及其所受的载荷，使其应力分布不平衡，在主轴因是曲轴的结构及其所受的载荷，使其应力分布不平衡，在主轴颈、连杆颈与曲拐相连的过渡圆角处产生比名义应力高出数倍的颈、连杆颈与曲拐相连的过渡圆角处产生比名义应力高出数倍的集中应力峰值。而过渡圆角处的最大弯曲应力占集中应力峰值。而过渡圆角处的最大弯曲应力占80%80%，扭转应力，扭转应力仅占仅占20%20%。曲轴圆角处是曲轴疲劳破坏的潜在根源之一，而且断。曲轴圆角处是曲轴疲劳破坏的潜在根源之一，

14、而且断裂一般又发生在连杆轴颈过渡圆角与主轴颈过渡圆角的对角线上。裂一般又发生在连杆轴颈过渡圆角与主轴颈过渡圆角的对角线上。为此，提高疲劳强度和耐磨性、提高曲轴的寿命，需要对其进行为此，提高疲劳强度和耐磨性、提高曲轴的寿命，需要对其进行表面强化处理。表面强化处理。曲轴的表面强化方法主要有：圆角滚压、高频淬火、渗碳处曲轴的表面强化方法主要有：圆角滚压、高频淬火、渗碳处理、离子氮化等方法。理、离子氮化等方法。曲轴高频淬火的特点：曲轴高频淬火的特点：1.1.对曲轴材料有广泛的适应性，可用于球铁、钢件。对曲轴材料有广泛的适应性，可用于球铁、钢件。2.2.硬化层较深。硬化层较深。3.3.强度提高比例较大。

15、强度提高比例较大。曲轴两端孔系的加工一、曲轴中心孔的修理一、曲轴中心孔的修理 随着发动机朝着柴油化、大马力的方向发展，作为发动随着发动机朝着柴油化、大马力的方向发展，作为发动机的心脏，曲轴的品种越来越大型化、重型化，而且精度要机的心脏，曲轴的品种越来越大型化、重型化，而且精度要求也越来越高。求也越来越高。曲曲轴轴是是以以两两端端孔孔定定位位的的轴轴类类零零件件，工工件件两两端端中中心心孔孔的的几几何何形形状状误误差差在在加加工工过过程程中中都都会会反反映映到到轴轴颈颈表表面面上上去去。因因此此，毛毛坯坯表表面面粗粗糙糙度度和和形形状状误误差差大大、粗粗加加工工中中造造成成的的中中心心孔孔损损伤

16、伤变变形形等等等等这这些些因因素素都都要要求求在在磨磨削削前前对对中中心心孔孔进进行行修修理理。中中心心孔的修正还能够控制磨削前的跳动误差在合理的范围内孔的修正还能够控制磨削前的跳动误差在合理的范围内 。大大型型六六缸缸机机曲曲轴轴采采用用中中心心孔孔修修正正工工艺艺，能能稳稳定定和和提提高高磨磨削质量，优化曲轴工艺。削质量，优化曲轴工艺。二、曲轴螺纹孔系、工艺孔的加工二、曲轴螺纹孔系、工艺孔的加工 曲曲轴轴工工艺艺要要考考虑虑优优化化孔孔系系的的加加工工。传传统统孔孔系系加加工工工工序序长长，需需要要设设备备数数量量多多，由由于于孔孔系系加加工工多多安安排排在在精精磨磨轴轴颈颈后后，多多次次

17、装卸和加工易造成轴颈表面划伤，影响成品质量。装卸和加工易造成轴颈表面划伤，影响成品质量。工工艺艺孔孔作作为为连连杆杆颈颈磨磨削削的的重重要要分分度度基基准准，要要保保证证其其位位置置的精确度和稳定性。的精确度和稳定性。主轴颈磨削和连杆颈磨削的先后问题1.主轴颈磨削主轴颈磨削连杆颈磨削连杆颈磨削存在问题：因为连杆颈磨削造成的应力释放，使主存在问题：因为连杆颈磨削造成的应力释放，使主轴颈跳动超差，不好控制轴颈跳动超差，不好控制2.2.连杆颈磨削连杆颈磨削主轴颈磨削主轴颈磨削存在问题：基准的转换造成曲柄半径的超差，不好存在问题：基准的转换造成曲柄半径的超差，不好控制；增加设备控制；增加设备止推面的磨

18、削 止推面为两个圆环面，技术要求较高，开档止推面为两个圆环面，技术要求较高，开档公差为的范围，止推面高度一般在公差为的范围，止推面高度一般在7-30mm7-30mm的范围，的范围，且要求与主轴颈轴线垂直。且要求与主轴颈轴线垂直。传统磨削方法是切入磨，砂轮消耗非常大，传统磨削方法是切入磨，砂轮消耗非常大，容易烧伤、圆角不成型，垂直度不易保证，质量容易烧伤、圆角不成型，垂直度不易保证，质量不稳定，加工成本高。不稳定，加工成本高。6C 6C曲轴采用减小和稳定止推面磨削余量的办曲轴采用减小和稳定止推面磨削余量的办法，来提高止推面加工的质量稳定性法，来提高止推面加工的质量稳定性主轴颈跳动误差与相位、曲柄

19、半径误差关系 工艺尺寸链加工余量加工余量影响工序余量的因素影响工序余量的因素上道工序的表面粗糙度（上道工序的表面粗糙度（RyaRya）上道工序的表面破坏层（上道工序的表面破坏层（DaDa）上道工序的尺寸公差（上道工序的尺寸公差（TaTa）上道工序的形状和位置误差（上道工序的形状和位置误差（aa）本道工序的装夹误差（本道工序的装夹误差（bb）最小余量最小余量Zbmin=Rya+Da+a+bZbmin=Rya+Da+a+b工艺卡：OP30工艺卡：OP30续工艺卡：OP40工艺卡：OP50 工艺卡：OP60工艺卡：OP70工艺卡：OP80工艺卡：OP205工艺卡：OP210工艺卡：OP220工艺卡：

20、OP240工艺卡：OP240续工艺卡：OP250工艺卡：OP270关键曲轴加工工艺1.6C曲轴内铣 图象资料 加工原理和结构关键曲轴加工工艺内铣加工的几个关键点内铣加工的几个关键点关键曲轴加工工艺关键曲轴加工工艺内铣加工的几个关键点关键曲轴加工工艺曲轴磨削柴油车用曲轴需要进行强化处理，已满足曲轴在发动机中高强度、高转速、高温的恶劣条件下工作的需要，常见的曲轴强化工艺是曲轴轴颈圆角高频淬火。正因为热处理变形的影响（这里就不对变形进行分析）造成大批量磨削加工前的曲轴跳动（中间轴颈）只能控制在0.5mm范围左右（这已经是很不容易做到的事），这又给磨削达到上述加工精度出了很大的难题。我们知道曲轴是典型的细长柔性杆，在受到外力时会弯曲，出现“让刀”现象，在车削时会出现鼓形、振动、波纹等质量缺陷，而磨削具有更大的切深抗力，如果没有中心架，不仅上道工序的误差很容易复映到磨削工序中，其本身工序也很难将曲轴磨圆磨正。一般来说，曲轴的磨削工步基本可分4步：粗磨、半精磨、精磨和光磨；其中粗磨根据磨削余量的大小再分几次磨削；中心架在半精磨或精磨工步时开始工作，此时工件外圆表面已经磨光，大部分的工件变形和上道工序的加工误差得到一定的修正，中心架有一个良好的工作条件。关键曲轴加工工艺曲轴磨削工艺关键曲轴加工工艺曲轴磨削用中心架The EndThe EndTHANK YOU!