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1、曲轴加工工艺设计,曲轴的功用，结构特点及工作条件,曲轴实在发动机中一个高速旋转的长轴，它将活塞的循环往复运动变为旋转运动，在通过飞轮把扭矩传递给底盘的传动系，同时还驱动配齐结构和其他辅助结构，所以其受力条件非常复杂，不只是受周期性变化的气体压力和往复惯性力的作用，其自身还有高速旋转的离心力。其主要是由主轴颈、油封轴颈、齿轮轴颈、皮带轮轴颈、曲柄臂轴颈。工作原理：曲轴是发动机中最典型、最重要的零件之一，其功用是将活塞连杆传递来的气体压力转变为转矩，作为动力而输出做功，驱动器他工作机构，并带动内燃机辅助装备工作。,曲轴的构成及特点,曲轴的基本构成，如图所示：,（1）主轴颈 它是曲柄的支撑点，安装在
2、机体主轴承内，用螺栓固紧轴承端盖，曲轴便靠此点运转。为了润滑，在主轴颈内转有与连杆颈相通的油道。轴颈表面有较高的加工精度与光洁度。为了提高耐磨性，轴颈表面经过高频淬火和氮化处理。（2）连杆轴颈 连杆轴颈用来安装连杆大头的。连杆轴颈要求的加工精度和表面粗糙度也很高，与主轴颈一样。连杆轴颈一半做成中空的，作为润滑路，也可利用离心原理使基友进一步净化，如机油从主轴颈曲柄进入连杆轴颈内，随同连杆轴颈一起告诉运转，在离心力的作用下，机油中较重的杂质和胶体物质一起被甩到内孔外侧，检修时将附着在内孔外侧的杂质清理干净就可。,（3）曲柄 用来连接主轴颈和连杆颈的。它的长度等于主轴颈到连杆颈中心间的距离，即曲柄
3、半径R。曲柄内有油管贯通主轴颈和连杆颈，因为主轴颈和连杆颈不在同一中心线上，他们之间有一个偏心距r，通过曲柄连接撤一个整体，这样就构成了一个弯曲的轴曲柄。曲柄是曲轴受力最复杂而结构最薄弱的环节。椭圆形曲柄是具有较高的弯曲扭曲刚度，材料利用率高。为了减少曲轴轴颈和曲柄连接处得人应力集中，提高曲柄的强度，连接处均采用过渡圆角连接，过渡圆角半径越大，应力集中现象越小，但是过渡圆角增大，是轴颈承压面积相应的减少，或使汽油机轴向尺寸增大。,为了解决这一矛盾，出现了 内圆弧连接的形式，即将连圆弧凹进轴颈平面中，这样既可以使曲轴颈以较大的圆弧半径与曲柄连接，又保证了曲轴有足够的承压面积。（4）自由端（小头）
4、上面装有扭振减振器和密封装置等。（5）功率输出自由端（法兰端）上面装有从动装置连接结构，用以输出功率。常见得连接方式有三种形式。1）键连接 飞轮简介套与曲轴之间用平键或花键连接。2）静液压锥度郭莹莹配合连接 曲轴输出端为一光滑圆锥体，带有孔的飞轮连接套压装在上面，两者靠一定的过盈量紧密的连接在一起。3)螺栓连接 在曲轴功率输出端有法兰盘，利用飞轮将螺栓链接在上面。,曲轴加工工艺,曲轴机械加工的定位基准曲轴加工定位基准选择的基本原则：曲轴加工的定位基准主要有径向基准、轴向基准，以及角向基准。径向基准：一般选用两端主轴颈（两遍主轴颈中心线连线，两端面中心孔连线）；轴向基准：曲轴为了防止轴向力作用而
5、发生轴向窜动，采用止推结构，加工的轴向基准一般为止推面。角向基准：粗加工连杆颈前，在连杆颈上取角向定位面或定位凸台作为角向定位基准。,曲轴加工的装夹,在加工连杆颈时，一般利用已加工的主轴颈定位，安装专用偏心卡盘分度夹具中，时连杆颈的轴线和转动轴线4重合。连杆颈之间的角度位置精度靠夹具上的分度位置保证，加工是依次加工同一轴线上的连杆轴颈和曲轴端面，工件2通过在夹具体3上的分度板3和分度定位销5分度。为进一步增加效率，还可采用专用的半自动曲轴车窗和磨床，工件能在一次装夹下（仍以主轴颈定位）加工连杆所有轴颈。,。,曲轴加工工艺分析,曲轴加工路线编制原则：先粗后精，先基准后其他，先面后孔，现主要表面后
6、次要表面由于要加工主轴颈作为后续加工其他外圆的定位基准，因此，通常先加工主轴颈，后加工连杆颈和其他外圆面。,粗基准加工,外圆粗加工,其他表面加工,外圆精加工,精基准加工,由于曲轴的结构特点形状复杂，刚性很差，加工精度要求还很高，因此，在在确定曲轴加工工艺路线时，还应该注意以下问题：粗加工时由于切削余量大，切削力较大，可用中间托架增强刚性，减少变形和振动，同时机床的夹具和刀具应具有较高的刚度。加工时尽量使切削力相互抵消，可用前后刀架同时横向进给。,合理的安排工位次序以减少加工变形，安先粗后精的原则安排加工工序，逐步提高精度。对于有图这种七个主轴颈的曲轴，加工主轴颈的顺序为：4-7-1-6-2-5
7、-3在有可能产生变形的工序后面增加校直工序。,曲轴加工的工艺过程,曲轴批量生产的加工工艺过程，加工过程中采用了先进工艺和专用机床，实现了机械加工、检验、清洗等工序的自动化。,曲轴部分表面的加工,曲轴主要加工表面有主轴颈，连杆颈，各外圆，两端面，键槽以及油孔道，除外，还有一些额外的工序，去毛刺，检验，清洗等等。,采用两端中心孔定位，限制五个自度。使用成型刀具，加工效率高，但是寿命短。,采用两端主轴颈径向定位，限制4个自由度，止推面轴向定位，限制一个移动自由度，第一平衡块的侧面定位面周向定位，限制一个旋转自由度。,曲轴的深油孔是典型的斜长孔。传统的方法是采用高速钢深孔麻花钻加工，但是刀具寿命短，设
8、备柔韧性差，目前已逐渐被枪钻和MQL技术麻花钻代替。,定位基准：两端中心空、止推面、连杆轴颈。限制6个自由度。,采用前段中心孔限制两个自由度，（后端导向孔被加工出来），后端外圆用三爪卡盘固定，限制俩个自由度，后端面轴向定位限制一个移动自由度。,曲轴加工的先进技术,质量中心孔技术 曲轴在加工过程中，要在俩端加工中心孔作为定位基准。按照其加工位置的不同，分成几何中心孔和质量中心孔。几何中心孔是已曲轴两端主轴颈外圆定位钻出的中心孔，其形成的轴线是几何中心线，在质量定心机上先找出曲轴的质量轴线，按其所处的位置钻出的中心孔则为质量中心孔，其轴线就是无质量中心线。,由于曲轴形状误差和质量的不均匀，几何中心
9、线和质量中心线是不重合的。传统曲轴加工是采用几何中心孔，但是利用几何中心孔作为定位基准加工时，会产生很多不利的影响：工件在旋转时会产生离心力，这不仅会影响加工质量，而且加工后会产生较大的动不平衡量，需要反复去重，影响效率。所以现在更多的是使用质量中心孔技术加工。,车拉技术,传统曲轴加工多采用车削和铣削加工。切削加工工程中工件受力大，加工精度不高。1983美国率先使用直线型车拉刀具加工曲轴主轴颈获得成功，随着技术的成熟，现在，曲轴车拉技术演变成三种形式：直线式刀具车拉，内环式刀具旋转车拉和外环式刀具旋转车拉。,车拉是车削和拉削的结合，加工过程中，工件在做旋转运功，刀具也在做进给运动，以实现车拉车
10、拉切削加工。车削加工和车拉加工对比：刀具的进给方向的不同，导致工件的受力不同，车削工件受力很大，工件不稳定，车拉的受力很小，工件更稳定。,车拉技术的优点,车拉刀具分为直线型和圆盘型两种。刀体上镶装的刀具分为粗切刀齿和精切刀齿两种。每个刀片在与工件的相对运动中仅参加短暂的切削，切下的金属层很薄（约0.40.6mm）。因而刀刃受冲击小，刀刃切削热负荷小，减少了工件切削后的残余应力，保证了工件精切后的表面精度和质量。据有关厂测定，车拉后的曲轴参数：1）主轴颈直径误差0.04；2）主轴颈宽度误差0.04；3）连杆轴颈回转半径误差0.05；4）连杆轴颈分度位置误差0.07。由于车拉加工精度高，车拉后不在
11、进行粗磨和半精磨，简化了工艺过程，减少了成本，此外，车拉刀具承受载荷小，使用寿命长，费用低。车拉加工的切削速度高，进给速度快，所以加工节拍短，生产效率高。车拉加工只需更换编程，略做调整，就可满足不同类型不同尺寸的曲轴的批量生存。,圆角深滚压技术,曲轴工作环境恶劣，在工作时要承受较大而且复杂的冲击载荷，其失效形式一般是曲轴磨损和疲劳断裂。当曲拐顶部收到压力P时，曲拐俩内侧圆角过渡处表面为拉应力，主轴圆角过渡处则为压应力，另外，曲轴还承受惯性力矩、输出 扭矩、扭振力矩，受力十分复杂。由于磨削加工后的刀痕引起应力集中，在过渡圆角处的本身应力就集中，曲轴在工作时过渡圆角处就是曲轴的薄弱部分，而在主轴颈
12、和连杆颈的过渡处更为严重。因此，为了增加曲轴的抗疲劳强度，发展了圆角深滚压技术。,深滚压技术的原理：,曲轴圆角深滚压是利用滚轮的压力，在曲轴的主轴颈和连杆颈过渡圆角处形成一条滚压的塑性变形带，这条变形带具有以下的特点：1）产生了残余压应力，可于曲轴工作时的拉应力相互抵消或部分抵消，从而提高疲劳强度。2）硬度提高 滚压时使滚压处形成高密度的致密层，使曲轴的机械强度和疲劳强度提高。3）表面粗糙度降低 圆角滚压可使表面粗糙度达到Ra0.2以下，从而大大减小了圆角处的应力集中。,1、施力器 2、滚轮 3、工件Fw-滚压力,圆角滚压的优点：,经过测定，球墨铸铁曲轴的经滚压后寿命可增至280%，锻钢热处理曲轴滚压后寿命可提高237%，滚压加工时间为2040是。单半成品因加工或热处理原因存在不合理的残余应力时，滚压后必须安排校直工序，或滚压钳必须安排去应力工序，方可保证加工质量。校直是对单个轴颈进行深滚压。曲轴在经过深滚压后，测量出工件的跳动量，如果轴颈的跳动大于机床的设定值，可通过计算机算出当前最佳的校直方法，用适当的力对其中某一轴颈进行校直。,
