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曲轴加工中首工序定位基准加工效率提高的方法

时间:2016-09-23 17:11   作者:admin 点击:
曲轴是汽车发动机的关键零件之一,其性能好坏直接影响到汽车发动机的质量和寿命.曲轴在发动机中承担最大负荷和全部功率,承受着强大的方向不断变化的弯矩及扭矩,同时经受着长时间高速运转的磨损,因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。发动机曲轴的作用是将活塞的往复直线运动通过连杆转化为旋转运动,从而实现发动机由化学能转变为机械能的输出。
 
曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件,装上连杆后,可承接活塞的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。曲轴主要有两个重要加工部位:主轴颈和连杆颈。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,是一个典型的曲柄滑块机构。发动机工作过程就是:活塞经过混合压缩气的燃爆,推动活塞做直线运动,并通过连杆将力传给曲轴,由曲轴将直线运动转变为旋转运动。而曲轴加工的好坏将直接影响着发动机整体性能的表现。
 
在曲轴的机械加工中,采用新技术和提高自动化程度都不断取得进展。目前,国内较陈旧的曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成,生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈,工序质量稳定性差,容易产生较大的加工应力,难以达到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光,通常靠人工操作,加工质量不稳,尺寸一致性差。现在加工曲轴粗加工比较流行的工艺是:主轴颈采用车拉工艺和高速外铣,连杆颈采用高速外铣,而且倾向于高速随动外铣,全部采用干式切削。在对连杆颈进行随动磨削时,曲轴以主轴颈为轴线进行旋转,并在一次装夹下磨削所有连杆颈。在磨削过程中,磨头实现往复摆动进给,跟踪着偏心回转的连杆颈进行磨削加工。
当然,目前国际上还有更加先进的曲轴加工工艺和机床设备,只钻一对质量中心孔,选用日本的Mazak五轴联动的数控机床进行一系列的加工。类似这样的新技术,目前国内汽车发动机曲轴的加工还处于研究阶段,从经济效益和加工难度上考虑这是显而易见的。但是对于新技术、新工艺的追求是不会止步的,这就需要我们当代的青年和科技工作者的不断努力。
 
2.1曲轴的作用
曲轴是汽车发动机中的重要零件,它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力,传给底盘的传动机构,同时,驱动配气机构和其它辅助装置。
曲轴在工作时,受气体压力,惯性力及惯性力矩的作用,受力大而且受力复杂,同时,曲轴又是高速旋转件,因此,要求曲轴具有足够的刚度和强度,具有良好的承受冲击载荷的能力,耐磨损且润滑良好。
2.2曲轴的结构及其特点
 
 
图2-1  曲轴的结构图
 
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了一个曲拐,曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机);V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。
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中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关,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,在连接处用圆弧过渡,以减少应力集中。
曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分,断面为椭圆形,为了平衡惯性力,曲柄处铸有(或紧固有)平衡重块。平衡重块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,驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏,在曲轴前端装有一个甩油盘,在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮,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。
2.3曲轴的主要技术要求分析
1.主轴颈、连杆轴颈本身的精度,即尺寸公关等级IT6,表面粗糙度Ra值为1.25~0.63μm。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之半。
2.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:小型高速曲轴为0.025mm,中大型低速曲轴为0.03~0.08mm。
3.各连杆轴颈的位置度不大于±20′。
2.4曲轴的材料和毛坯的确定
曲轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力,容易门生扭振、折断及轴颈磨损,因此要求用材应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。常用材料有:一般曲轴为35、40、45钢或球墨铸铁QT600-2;对于高速、重载曲轴,可采用40Cr、42Mn2V等材料。本课题采用球墨铸铁QT600-2.
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。
2.5曲轴的机械加工工艺过程
曲轴的尺寸精度、加工表面形状精度以及位置精度的要求都很高,但刚性比较差,容易产生变形,这就给曲轴的机械加工带来了很多困难,必须予以充分的重视。
曲轴需要加工的表面有:主轴颈、连杆轴颈、键槽、φ22的外圆。由于使用了工艺搭子,铣键槽安排在切除工艺搭子后,磨削外圆安排在保留工艺搭子前。
 根据曲轴的结构特点及机械加工的要求,加工顺序大致可归纳为:铣两端面;车工艺搭子和钻中心孔;粗、精车三连杆轴颈;粗、精车各处外圆;精磨连杆轴颈、主轴颈和φ20、φ22外圆;切除工艺搭子、车端面、铣键槽等。
2.6曲轴机械加工工艺路线
在进行大量的工艺分析之后,制定出大批大量生产曲轴的加工工艺路线:
(1) 锻造
(2) 热处理
(3) 铣两端面
(4) 车两端工艺搭子外圆
(5) 钻主轴颈中心孔
(6) 钻连杆轴颈中心孔
(7) 检验
(8) 粗车三个连杆轴颈
(9) 精车三个连杆轴颈
(10) 车工艺搭子两端面
(11) 粗车各处外圆
(12) 精车各处外圆
(13) 检验
(14) 磨削连杆轴颈外圆
(15) 磨削两主轴颈
(16) 磨削φ22-00.12mm外圆
(17) 磨削φ20 0 -00.021mm外圆
(18) 检验
(19) 车掉两端工艺搭子
(20) 车两端面
(21) 铣键槽
(22) 倒角
(23) 去毛刺
(24) 最后检验
铣端面打中心孔机床的作用就是将工序3,工序4,工序5,工序6三个工序集中到一台设备上,两端同时铣定位端面控制总长,再加工两端中心孔,高精度高一致性的完成定位中心孔的加工,主要保证曲轴总长及中心孔的质量,若端面不平则中心钻上的两切削刃的受力不均,钻头可能引偏而折断,因此采用先面后孔的原则。中心孔除影响曲轴质量分布外,它还是曲轴加工的重要基准贯穿整个曲轴加工始终。因而直接影响曲轴加工精度。打中心孔在本次工艺设计中因考虑设备因素,采用找出曲轴的几何中心代替质量中心。打中心孔以毛坯的外表面作为基准,因而毛坯外表面质量好坏直接影响孔的位置误差。
 

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