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浅析368Q锻钢曲轴机械加工工艺
Jan 6, 2013  来源:  作者:内江广播电视大学 陈皓

      曲轴是活塞式发动机的主要零部件之一,用来将活塞的往复运动转变为旋转运动。根据发动机气缸的数目,曲轴一般分单缸、双缸、三缸、四缸和六缸曲轴。如三缸发动机曲轴368Q4个主颈和3个连颈,连颈分别位于互成120°角的平面内,自身不平衡。曲轴的加工工艺复杂,特别是轴颈有很高的尺寸和形位公差要求,一般按6级精度制造,轴颈粗糙度要达到Ra0.2靘。轴颈表面需要氮化热处理以提高其耐磨性。本曲轴的材料为优质碳素钢40Cr

 

      1 368Q曲轴工艺分析

 

      1.1 368Q曲轴特点及工艺措施

 

      (1)刚度差。368Q曲轴的长径比较大(L/d=8),又具有3个连颈,因此刚度较差。为防止变形,在加工过程中应当采取下列措施。选用有较高刚度的机床、刀具及夹具等,并用磨床跟刀架和称竿来增强刚性,从而减少变形和振动,可以减少扭转变形、弯曲变形和振动,在加工中尽量使切削力的作用互相抵消,合理安排工位顺序以减少加工变形,增设校直工序。

 

      (2)形状复杂。三缸曲轴自身不平衡,连颈和主颈不在同一根轴线上,在连颈加工中易产生倒重不平衡的现象,应配备能迅速找正连颈的偏心夹具,且应加平衡块。

 

      (3)技术要求高。368Q曲轴的技术要求是很高的,其机械加工工艺过程随生产纲领的不同和曲轴的复杂程度而有很大的区别,但一般均包括以下几个主要阶段。定位基准的加工,粗、精车各主颈、连杆颈及其他外圆,粗磨各主颈、连杆颈外圆,大、小头及键槽加工,钻油孔,半精磨主轴颈、精磨连颈,轴颈表面处理,动平衡,超精加工各轴颈。

 

      1.2 定位基准选择

 

      (1)粗基准的选择。为了保证中心孔钻在主颈毛坯外圆面的轴线位置上,选用主颈的外圆面为粗基准。同时为了防止倒重和所加工的基准面的轴向尺寸,选用第Ⅲ主颈两侧扇板面为轴向粗基准。

 

      (2)辅助粗基准的选择。在扇板上铣出一个工艺平面即是加工连颈时所用的辅助粗基准。

 

      (3)精基准的选择。加工主颈及与其同轴心的轴颈外表面时,以中心孔为精基准。加工连颈时,用加工的销孔和连颈1外圆作为精基准基面,这样便于保证技术要求。此外,轴向定位基准采用第三主颈的两个台阶面,与设计基准一致。

 

      1.3 工序分析

 

      (1)中心孔的重要性。中心孔除影响曲轴的质量分布外,它的重要性还在于它是曲轴加工的重要精基准,直接影响曲轴的加工精度,因此中心孔必须满足其质量要求。但工件经过粗加工后,中心孔的精度往往不可避免地受到影响,所以在精加工之前,必须对中心孔进行修研,确保符合其技术要求。可用油石或橡胶砂轮修研。

 

      (2)精车主轴颈采用数控车床,效率高且长度尺寸控制较好。

 

      (3)铣定位面。为了使车连颈时角度分布均匀,不论定位面向那边有所偏移,都会严重改变曲轴工序余量的均匀分布,严重偏移的致使连颈加工不足而致废。

 

      (4)连杆轴颈加工采用CN620B、数显加连杆轴颈偏心工装,车连颈时车刀的成型正确、进刀量适中、定位面紧靠都直接影响到产品能否达到工艺技术要求。

 

      (5)车大、小头孔、平端面工序和车大头孔、平端面工序不容忽视。因为此工序决定长度尺寸,并且重新作了定位加工基准。

 

      (6)粗磨连颈是一道重要工序。粗磨连颈要进行曲轴120°的等分,保证中心高尺寸。磨床首尾两端偏心夹具的移动会引起主连轴颈中心高的变化,应仔细调整至合适之处反锁固定。此外若中心架调整不恰当会引起曲轴变形而致中心高超差,而砂轮进刀太快则会引起角度偏移,甚至曲轴出现裂纹。 

  

        

      

      (8)钻法兰孔采用多工步的加工方法。各丝孔相互之间的位置度由钻模和钻套保证,销孔的位置度由可调定位销保证。此工序易出现的质量问题是法兰各孔漏攻丝和攻丝深度不够。此工序用在机床上加限位程序控制攻丝深度。

 

      (9)精磨主轴颈时应把两顶尖孔倒角处抹干净,去掉砂粒、油泥,确保加工基准--中心孔的精度,必要时修研。当精磨主轴颈和连杆颈时,都在加工到还有很少余量时动态采用悬挂式测量仪辅助测量--在加工过程中检测。成品采用卡规(千分表卡规)测量轴颈尺寸。

 

      (10)随着技术的发展,曲轴动不平衡的要求越来越严格,动不平衡量越小,曲轴工作时运转越平稳,噪音越小,磨损越少,寿命越长。

 

      (11)小头精磨一般单独安排一道工序。此工序主要是小头跳动和小头长度尺寸易超差。加工前应先用百分表检查主颈一跳动,若超差,则应重新修正小头中心孔倒角,直到跳动合格。

 

      (12)油孔口抛光工序相当重要,因为如果油孔口有毛刺,则会刮伤轴瓦,造成早期拉毛现象。如果油孔口有尖角,则曲轴运转时应力集中形成裂纹影响其使用寿命。特别是如果主油道口与斜油道口交接处过渡不圆整,粗糙度低,更容易形成应力集中。

 

      (13)国家颁布的《曲轴技术条件》明确规定,每根曲轴必须经磁力探伤并且执行严格的磁力探伤标准,它是曲轴加工过程中唯一可较直观地检查曲轴浅表层质量的工序,注意探伤后曲轴必须退磁。

 

      (14)曲轴氮化是增加曲轴耐磨的有效手段。对于大批量生产的曲轴来说,为了提高产品质量,采取氮基气氛气体软氮化。

 

      2 曲轴机加工发展方向

 

      随着我国数控机床的不断增加,曲轴粗加工将广泛采用数控车床、数控内铣床、数控车拉床等先进设备对主轴颈、连杆轴颈进行数控车削、内铣削、车-拉削加工,以有效减少曲轴加工的变形量。曲轴精加工将广泛采用CNC控制的曲轴磨床对其轴颈进行精磨加工,此种磨床将配备砂轮自动动平衡装置、中心架自动跟踪装置、自动测量、自动补偿装置、砂轮自动修整、恒线速度等功能要求,以保证磨削质量的稳定。

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