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發動機用曲軸加（jiā）工工藝研究

2019-2-12 來源：大連職業技術學院作者：邢晨

摘要（yào）：曲軸是發（fā）動機中關鍵零件之一（yī），設（shè）計（jì）也相對要求（qiú）較高。本文通過對曲軸加工工藝的研究，對工序進行了分析和（hé）總結，對曲軸加工的關鍵技（jì）術（shù）問題（tí）進行了相關分析與說明。

關鍵詞：曲軸；加工工藝；結構特點

發動機曲（qǔ）軸在機器中主要是（shì）用來傳遞運動和（hé）扭矩，同時也起到支撐其他傳動零件的作用，很大（dà）程度上影響著動機的（de）可靠性和壽命。這就要求曲軸具有足夠的強度（dù）以及（jí）尺寸的高精度。因（yīn）此（cǐ）對曲軸加工工（gōng）藝進行合理、有效地安排，提高其加工精度，延長曲軸的工作壽命就顯得十分重要。如何靈活地運用合適的加工方法去解（jiě）決實際生產中曲軸加（jiā）工工藝中出現（xiàn）的問題，也是廣大加（jiā）工企業所一直麵臨的一個課題。

1.曲軸主要加工過（guò）程

遵循“先麵（miàn）後孔，先主要麵後次（cì）要麵，先粗工加後精加工”的加工原則進（jìn）行加工。先對兩個端麵用銑床進行加工，為後序加工確定基準麵。由於主軸頸和連杆頸的（de）精度和表麵硬度要求極高，可在精加（jiā）工之後進行淬火和回火處理，再精磨主軸頸和（hé）連杆頸。最後進行平衡的餘量消除、

消磁處理和拋光已確保加工精（jīng）度。

具體流程為：毛坯檢驗、銑（xǐ）削（xuē）端麵、加工中心孔、粗加工（gōng）主軸頸和連杆頸、精加（jiā）工主軸頸和連杆頸、加工法蘭孔和信號輪孔、淬火回（huí）火、加工沉割槽、精磨主軸頸和連杆頸、動平衡和消磁處（chù）理、拋光（guāng）機加工、清洗檢驗入庫。

2.曲軸（zhóu）加工分析

2.1 毛坯選擇和運輸

加（jiā）工的曲軸一般為鍛（duàn）造件。由（yóu）於模鍛精度高，留餘量較小，且後續工序有調質，所以免去了鍛後正火和（hé）粗車工序。若為鑄造毛（máo）坯，則（zé）加工時刀具材質影響較大，且加工容易產生較（jiào）多廢氣。需對機床主軸和刀具切削部位采取冷卻措施，減少廢氣帶（dài）來的加工誤差。

使用氣動係統控製機床天窗的開啟（qǐ）/關閉，加工工程（chéng）中使用機械手（shǒu）代替傳送帶運輸（shū），提高（gāo）了傳輸效率，並且減少了傳輸中可能造成的工件（jiàn）損傷。

2.2 端麵和中心孔加工

中心孔是曲軸加工的重（chóng）要基準，它會直接影響曲軸的加工精度。一般以毛坯外表麵為基準進行加工。先對曲軸端麵進行銑削加工，確定基準麵後再對（duì）中心孔進行加工。

2.3 粗加（jiā）工、精加工主軸頸和連杆頸

粗車和精車主軸頸和連杆頸為曲軸加（jiā）工（gōng）的難點之一。由於此道（dào）工序加工部位較多，耗時時間較長，加工量大，容易造成夾具和刀尖沾有鐵屑（xiè）。因此在（zài）加工（gōng）時采用兩端頂尖夾緊帶動曲軸旋轉，中心架定位支撐（chēng），刀具前後上下移動來有效地減少了曲軸加工的切削變形。控（kòng）製每次加工的進（jìn）給量和切削（xuē）速度，對（duì）加工部位噴塗潤滑和冷卻劑來減少鐵屑帶來的加工誤差。采用立式刀盤縮短換刀次數來減少加工（gōng）時長，如果出現加工刀具（jù）磨損，隻需更換對應刀片即可。

2.4 法蘭孔和（hé）信號輪孔加工

對法蘭孔（kǒng）和信號輪孔進行加工，加（jiā）工時（shí）頂尖的接觸麵積盡量大，減少加工（gōng）過程中產生的跳動誤差。加工油道口之類的（de）深孔時由於隻能在刀尖和裝夾處（chù）進行微（wēi）量潤滑，產生的粉塵（chén）較多（duō），可在工件加工部位的（de）側麵和數控機床頂部（bù）增（zēng）添空氣（qì）淨化（huà）裝置，減少粉塵帶來的加工誤差。

2.5 淬火和回火（huǒ）

由（yóu）於曲軸工作（zuò）時，主軸頸、連杆頸傳遞較大的扭矩，承載（zǎi）的負荷較大，所以在對主軸頸、連杆頸和法蘭進行淬火和回火，以大幅提高工件的（de）表麵硬度和消除殘餘應力，增加曲軸的強度，提高其傳動時抗彎矩變形的能力。先（xiān）將連杆頸淬火，後主軸頸淬火。淬火采用噴塗淬火液，用強電流作用於感應（yīng）器來加熱淬火表麵後冷卻完成淬火（huǒ），加（jiā）熱之後再冷（lěng）卻完（wán）成回火。最後進行探傷和硬度檢測。由於液體較多，淬火（huǒ）和回火（huǒ）過程中為（wéi）了防止工件表麵鏽蝕應塗防鏽劑。淬火完成後曲軸的硬（yìng）度應達（dá）到45~60HRC。

2.6 修研中（zhōng）心孔

兩端中心孔的質量好壞，對加工精度影（yǐng）響很大，應（yīng）盡量做到兩端中心孔軸線相互重合，中心孔的錐角要準確，它與頂尖（jiān）的接觸麵積要大，表麵粗糙度要小，否則裝（zhuāng）夾於兩頂尖間的曲軸在加工過程中將因接觸剛度的變化而（ér）出現圓度誤差。中（zhōng）心孔在使用過程中的磨損及熱處理後（hòu）產生的變形都會影響（xiǎng）外圓柱麵的加工精度（dù）。在精加工之前，對中心（xīn）孔進行（háng）修研，以消除誤差。常用的（de）修研方法（fǎ）有：用鑄（zhù）鐵頂尖、硬（yìng）質合金頂尖以及用中心孔磨床修研。機械加工生產（chǎn）中一般應用中心（xīn）孔磨床修磨中心孔，來提高生產效率。

2.7 沉割槽加工

使用Hegenscheidt滾壓機來加工沉（chén）割槽。Hegenscheidt加工時（shí）可使用（yòng）不同種的滾壓頭來同時加工曲軸的（de）各個沉割槽，根據各個滾壓頭扭矩的不同來加工，能極大地提高加工效率。加工過程中用感應接頭來確定加工量是否達到標準，通過對刀具轉速的實時監控和對滾壓過程（chéng）中刀具震動的監測，來保證整個滾壓過程中刀（dāo）具的完好。從而保證了加工精度。

2.8 磨削加工

為保證主軸圓度到達0.005，連杆的平行度達到0.01，圓（yuán）度0.004，對主軸頸和連杆頸進行磨削加工。主軸頸的（de）磨削（xuē）以中心孔定位。先加工主（zhǔ）軸頸後加工連杆頸。磨削（xuē）時采用中心架進行固定，輔以進（jìn）給連杆和止（zhǐ）推軸承，邊加工邊測量。由於磨削時大量的切削熱傳給了工件（jiàn），易使工件加工表（biǎo）麵燒（shāo）傷而產生裂紋，所（suǒ）以磨削（xuē）時（shí）應采取良好的冷（lěng）卻措施。用（yòng）流量傳感器測量加工中液壓油和冷卻水的噴射量，從而避免磨削過程中工（gōng）件（jiàn）過熱（rè）導致表麵出現裂紋。

2.9 動平衡和消磁（cí）處理（lǐ）

使用（yòng）Schenck動平（píng）衡機來去除多餘重量。通過使用中頻技術（shù）的點焊或凸焊方法，完成預製校正砝（fǎ）碼的不平衡校正（zhèng），操作人員除了加載不平衡的曲（qǔ）軸和卸掉已平衡的曲軸，不平衡的測量和校正都是機床自動進（jìn）行，顯著地提高（gāo）了生產效率。在完成動平衡的同時（shí）還能對（duì）工件進行消磁處理，來清理油道孔（kǒng）內（nèi）之（zhī）前工序可能殘餘的磁粉。

2.10 拋光處理

用拋光（guāng）機采用拋光帶對主軸、連杆、法蘭進行（háng）拋（pāo）光。拋光帶具有（yǒu）較好的強度和柔韌性，磨削力高，能夠達到精密的拋光（guāng）效果，用來去除夾具可能產生的夾痕和（hé）加工過程中產生的螺旋線。主軸頸（jǐng）和連杆頸具體加工尺寸（cùn）見表1和表2。

2.11 曲軸強化工藝

應用軟氮化技術（shù）使曲（qǔ）軸的表麵硬度、耐磨性、抗咬合。處理完成（chéng）後（hòu）曲軸的氮碳共滲層薄、摩擦係數低，從（cóng）而提高曲軸的整體疲勞強度。應（yīng）用噴丸技術對曲（qǔ）軸施加預壓應力來抵消零件在以後工作周期會受到（dào）的拉應力。將（jiāng）高速彈丸流噴射到曲軸的圓角處，使其發生塑（sù）性（xìng）變形形成強（qiáng）化層，強化層內形成較高的殘餘應力，當曲軸圓角工（gōng）作承受載荷時（shí），就可抵消一部分拉應力，從而提高圓（yuán）角處的疲勞強度。

結語

在確定加工工序上，盡量將前一工序加（jiā）工完成表（biǎo）麵作為後序加工工序能基準，在加工時有（yǒu）比較精（jīng）確的定位基準麵，有利於（yú）以（yǐ）減小（xiǎo）定位誤差，保證加工質量。通過對曲（qǔ）軸加工工藝（yì）的研究，輔以先進數控機（jī）床設備的使（shǐ）用，減了加工過程（chéng）中可能產生的誤差，使（shǐ）得曲軸的加工（gōng）良品率得到提升，提高了生產效率。這也是曲軸加工研究的重中之重。

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