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1、曲轴加工工艺分析,一拖（洛阳）柴油机公司,2013,年,07,月,08,日,1,2020/4/12,大家好！,欢迎到千年帝都、牡丹花城,洛阳,来作客！,2,2020/4/12,?,洛阳是国务院首批公布的历史文化名城之一,?,洛阳是“丝绸之路”起始点之一,?,洛阳是中国历史上唯一被命名为“神都”的城市,?,洛阳是中国历史上建都时间最早、建都时间最长,的城市,?,洛阳是中国优秀旅游城市和“感动世界的中国品,牌城市”,?,洛阳是中国重工业城市之一,3,2020/4/12,4,2020/4/12,5,2020/4/12,6,2020/4/12,7,2020/4/12,8,2020/4/12,9,202
2、0/4/12,10,2020/4/12,11,2020/4/12,12,2020/4/12,13,二、,曲轴的功能,三、,曲轴加工工艺浅析,四、,典型的曲轴失效形式及分析,一,一、,发动机概述,2020/4/12,一、发动机概述,14,2020/4/12,(1).,发动机概述,内燃机是将燃料在其燃烧室中燃烧产生的热量,直接转化为机械能的一种动力机械。,15,2020/4/12,(2),发动机分类：,从所用燃料分：汽油机，柴油机，天然气发动机，双燃料,发动机,从着火方式分：压燃式，点燃式,从冲程数分：四冲程，二冲程,从汽缸冷却方式分：水冷，风冷,从增压程度分：自然吸气，增压，增压中冷（水空中冷及
3、,空空中冷）,从汽缸排列方式分：直列式，,V,型,从混合气准备方式分：化油器式，直喷式,从用途分：拖拉机用，汽车用，工程机械用，船用，发电,机组用,16,2020/4/12,(3),柴油机基本构成,1.,机体和气缸盖,2.,曲柄连杆机构，,3.,配气机构,4.,供给系统（包括燃料供给系统和进、排气系统）,，润滑系统，冷却系统，启动装置,5.,增压系统（对于增压机）,17,2020/4/12,3.1,机体和气缸盖,缸体：内燃机的骨架，内燃机所有零件几乎都要,装在它上面。,。,18,2020/4/12,缸盖：密封汽缸上平面，并与汽缸和活塞组成燃烧室,。,19,2020/4/12,3.2,曲柄连杆机
4、构简图,往复活塞式内燃机的的主要工作机构，它承受,燃料燃烧时产生的气体力，并将此传递给曲轴对,外输出做功，同时将活塞的往复运动转变为曲轴,的旋转运动，是实现热功转换的主要机构。,20,2020/4/12,21,2020/4/12,3.3,配气机构简图,按照内燃机工作循环要求，保证新鲜空气或可,燃混合气体适时充入汽缸，并将燃烧后的废气及,时排出,22,2020/4/12,3.4.1,燃料供给系统,23,2020/4/12,3.4.2,进,/,排气系统,空气滤清器 进气连接管 进气管 缸盖进气道,消声器 排气管 缸盖排气道 燃烧室,24,2020/4/12,3.4.3,润滑系统,减磨、冷却、清洗、
5、密封、防锈,3.4.4,冷却系统,25,2020/4/12,3.4.5,启动系统,启动系统包括：电瓶、导线、启动电机。,3.4.6,增压系统介绍,增压是在没有增加柴油机的排量和转速的情况,下，提高动力性、经济性和降低排放的有效手段,，也是柴油机的发展趋势。,在高原地区，由于空气稀薄，非增压机的功率,就会明显下降。增压器在高原运行时随着海拔高,度的升高，其转速也会升高，增压压力就会升高,。而增压机由于这些自身的调节，功率不会明显,下降,26,2020/4/12,二、曲轴的功能,27,2020/4/12,(1),曲轴概述及组成,1.1,曲轴是活塞式发动机中的一个重要零件，用来,将活塞的往复运动转变
6、为旋转运动。承受冲击载,荷、并且对外输出功率。,曲轴和连杆、活塞等一起组成曲柄连杆机构。发,动机工作时，活塞向下的推力，经连杆传到曲轴,，由曲轴将活塞的往复运到变为曲轴绕其本身轴,线的旋转运动，并向外输出功率，经传动系驱动,汽车或拖拉机,。,28,2020/4/12,曲轴在使用中的磨损是决定发动机是否需要大,修的一个主要因素，如果曲轴质量没有保证，将,严重影响整机的寿命。,因此对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表,面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都,十分严格。其中曲轴机械加工不仅影响曲轴质量,，而且还与生产率和成本等有密切关系。,29,2020/4/12,1.2.,曲轴的组成：,1,）
7、曲轴前端（小头）,2,）由连杆轴颈、曲柄臂及主轴颈组成的曲拐,3,）曲轴后端（法兰）,30,2020/4/12,31,2020/4/12,三、曲轴加工工艺浅析,32,2020/4/12,(,一,),、定位基准的选择,1.,粗基准的选择,曲轴的毛坯一般呈弯曲状态，为了保证两端中心,孔都能钻在两端面的几何中心上，粗基准选择靠近,两端的轴颈（,1,、,5,主轴颈）,;,轴向定位基准一般选择,中间主轴颈两边的曲柄。因为中间主轴颈两边的曲,柄处于曲轴的中间部位，用作粗基准可以减小其它,曲柄的位置误差。,2.,精基准的选择,曲轴与一般的轴类零件相同，最重要的精基准是,中心孔。,曲轴轴向的精基准一般选取止推
8、面，曲轴径向定,位一般选取平衡块的定位平台或法兰上的定位孔。,33,2020/4/12,(,二,),、,曲轴工艺性分析,2.1,质量中心孔及几何中心孔的选用,如果毛坯质量好，留有的加工余量小，且加工余量,分布均匀，曲轴的质量中心基本上与几何中心重合，则,不必花费较高的经费购置定心设备，而选用几何中心孔,，节省昂贵的质量定心设备投资。目前西欧各国对于质,量良好的毛坯，经多年实践验证，推荐采用几何中心孔,。,34,2020/4/12,如果毛坯质量较差，毛坯加工的余量大，而,且余量分布不均匀，则优先选用钻质量中心孔。,因初始不平衡量较大，如果钻几何中心孔，质量,分布的不均匀，使转动惯量较大，易损害加
9、工设,备精度。再则，在进行精平衡时，动平衡机对上,机允许平衡的初始不平衡量有一定要求，超过规,定要求的不能进行平衡。为了达到平衡精度要求,，因此，也必须选用质量定心，进行第一次动平,衡，控制初始不平衡量。在精平衡时才能经动平,衡去重检测合格,。,35,2020/4/12,2.2,曲轴粗加工,曲轴粗加工工艺从设备出现的先后历经了单刀,车、多刀成型车、外铣、内铣、车拉、车车拉、,高速随动外铣、复合加工工艺。由于外铣、内铣,、车拉、车车拉、高速随动外铣是多个刀片交替,进行加工，并且为小片状切屑，可产生较小的径,向切削力，有效的减小了曲轴粗加工的切削变形,，变形量大的多刀成型车逐渐淘汰。,通常曲轴长度
10、在在,700mm,以下时采用车车拉、,外铣工艺居多；曲轴长度在,700mm,以上时多采用,外铣或内铣曲轴主轴颈和连杆轴颈工艺。,36,2020/4/12,毛坯余量的大小也是选择铣削或车拉、车车拉工,艺的依据之一，毛坯余量大，通常,5mm,（单边,余量），常采用外铣或内铣工艺，毛坯质量好,余,量,3mm,（单边余量）常采用车拉、车车拉工艺,。,曲轴粗加工也可以先进行内铣（或外铣）主轴颈,和连杆轴颈，去除大部分余量，释放应力再进行,车车拉主轴颈和连杆轴颈，这样对减小曲轴的粗,加工变形更为有利，经过车车拉后，曲轴相当于,进行了粗磨，获得了较高的轴向尺寸和轴颈尺寸,精度。,以下就曲轴粗加工各类工艺优缺
11、点及适用范围列,表，在曲轴粗加工工艺确定时以作参考,。,37,2020/4/12,表,2-1,曲轴粗加工工艺比较表,序号,工艺,名称,优点,缺点,适用范围,1,单刀,车,机床简单，可用普通车床；,投资少；,刀具简单、便宜；,加工效率低；,曲轴变形大；,自动化程度低；,加工精度低。,单件、小批量生,产,2,多刀,成型,车,机床较简单；,投资较少；,刀具简单、便宜；加工效率较高。,曲轴变形较大；,自动化程度低较低；,加工精度较低。,成批、大批量生,产,3,外铣,较高的切削速度（可,300m/min,）；,较短的切屑时间；,切削力较小；,工件温升较低；,尽可能多的刀片；,刀具寿命高；,加工精度高。,
12、设备投资中等；,刀具为专用刀具，价格较高。,适合曲轴长度在,700mm,以下成批,、大批量生产。,4,内铣,刀片数量较少；,可承受较大负荷；,单件刀片成本低，刀具寿命可达外铣,2,倍左右；,只能加工不带轴向清根曲轴；,不易对刀；,非切屑时间较长，加工工序时间比外,铣多,30%50%,；,设备投资高；,刀具为专用刀具，价格高。,适合曲轴长度在,700mm,以上余量,较大成批、大批,量生产。,38,2020/4/12,续表,2-1,曲轴粗加工工艺比较表,序,号,工艺名,称,优点,缺点,适用范围,5,车拉、,车车拉,是加工带轴向清根曲轴唯一方法；,具有较高柔性；,曲轴变形小，加工质量高，可代替粗磨,
13、；,绝大多数刀片不需要磨削，刀片成本较,低。,对平衡块侧面需要加工,的曲轴不是最佳工艺；,效率比铣削低；,设备投资高；,刀片消耗较大。,适合曲轴长度在,700mm,以,下成批、大批量生产。,6,高速随,动外铣,对平衡块侧面需加工的曲轴，生产效率,是最高；,具有较高柔性；,加工质量高；,设备投资高；,加工效率较低；,自动化程度高。,适合曲轴长度在,700mm,以,下单件或大批量生产。,7,复合加,工,一次装夹完成曲轴加工；,具有较高柔性；,加工质量高；,设备投资高；,加工效率低；,自动化程度高。,适合各类曲轴单件、小批,量生产,39,2020/4/12,2.3,磨削工艺,曲轴粗磨主轴颈是为了消除
14、车削主轴颈产生的应力弯,曲，提高轴颈尺寸精度以给加工连杆颈提供好的定位和,支承。半精磨主轴颈主要是为了消除热处理产生的应力,弯曲，给曲轴其它部分及连杆颈加工提供好的定位和支,承。精磨主轴颈是保证曲轴主轴颈尺寸精度、形位公差,的关键，同时为连杆颈精磨提供良好定位。,连杆颈的磨削分为粗磨和精磨，连杆颈的尺寸精度、,形位公差是靠连杆颈精磨工序来保证的，连杆颈的精磨,工序是曲轴生产中保证曲轴质量的最重要工序。,曲轴是否粗磨或半精磨与曲轴粗加工工艺选择和曲轴自,身精度要求有较大关系,。,40,2020/4/12,国内磨削工艺一般分为粗磨、精磨。国外曲轴,加工，大多数厂家都是一次精磨到位。,而在我国曲轴的
15、技术条件中，中间主轴颈对,1-7,主轴颈的跳动要求十分严格。以,6,缸机为例：通常,为,0.02-0.03mm,（感应淬火曲轴）或,0.05mm,（,软氮化曲轴），这就对曲轴主轴颈加工的要求更,加严格。以钢质曲轴为例，经中频感应淬火后进,行圆角滚压并校直，通常使跳动量控制在,0.15-,0.20mm,之间，经重新修整中心孔后，使其跳动,量控制在,0.075-0.10mm,之间，通常跳动量超过,0.08mm,，一次磨削就难以达到,0.025-0.03mm,跳动量要求。,41,2020/4/12,如果增加一次半精磨（粗磨），使其跳动量控制,在,0.05-0.08mm,范围内，再经一次精磨可以稳定,
16、控制其中间主轴颈对,1-7,主轴颈跳动量要求。相对,而言，,4,缸机曲轴加工情况要好一些，可以省略半,精磨主轴颈工序，直接精磨。,曲轴主轴颈、连杆轴颈的精磨是曲轴精加工工序,，是保证质量关键工序。由于,CNC,技术的推广应,用，曲轴主轴颈和连杆轴颈磨床技术进步很快，,广泛采用了带砂轮自动动平衡，自动修整砂轮，,自动测量和自动补偿技术，中心架自动跟踪技术,，随着磨削轴颈尺寸的减小，中心架跟踪支撑在,相对应的磨削轴颈上，减少曲轴磨削变形。,42,2020/4/12,恒线速功能的,CNC,主轴颈和连杆轴颈磨床，可避,免曲轴磨削烧伤，有效控制曲轴磨削变形，从而,保证曲轴主轴颈和连杆轴颈的圆度0.005
17、mm，,圆柱度0.005mm，中间主轴颈对两端主轴颈跳,动0.03mm（六缸机），0.02mm（四缸机）,。,关于主轴颈,连杆颈,大小头或连杆颈,主轴颈,大小头两种磨削顺序，应由加工精度要求来确,定，前者利于保证曲轴偏心距的尺寸精度，后者,利于轴颈跳动量的保证。,43,2020/4/12,2.4.1,四缸机锻钢曲轴的典型工艺,序号,工序名称及内容,设备,OP1,0,铣定长，加工中心孔，铣定位块、套铣油封直径及芯,轴端直径,卧式加工中心,OP2,0,铣主轴颈、连杆颈及沟槽，止推面，油环,曲轴连杆颈铣床,OP3,0,铣小圆面，钻油孔,卧式加工中心,OP4,0,钻铰，倒角法兰面上的工艺孔，钻铰攻法兰
18、面上的螺,纹孔，完成中心孔加工，钻铰加工中心孔，,卧式加工中心,OP5,0,热处理,OP6,0,沟槽滚压及校直,沟槽滚压及校直,机床,OP6,5,精磨主轴颈，油封外径,芯轴外径,数控多轮磨床,OP7,精磨连杆颈,数控连杆颈磨床,44,2020/4/12,OP10,0,油孔去毛刺，倒角，键槽、锐角去毛刺，刷、探测,油孔,去毛刺机机器人,OP11,0,动平衡、去重,动平衡机,OP12,0,抛光主轴颈及连杆颈，止推面及油封直径及圆角,曲轴砂带抛光机,OP13,0,探伤,磁力探伤机,OP14,0,最终清洗、干燥,清洗机,OP15,0,主轴颈、连杆颈检测、分组、打印,外径分组打刻机,OP16,0,整体表
19、面涂油、入库,45,2020/4/12,2.4.2,六缸机锻钢（热模锻）曲轴的典型工艺,序号,工序名称及内容,设,备,10,铣曲轴两端面定总长,双端面铣床,20,粗动平衡，钻质量中心孔,质量定心机,30,粗车小端,数控车床,40,粗车法兰端,数控东床,50,铣定位面,立式铣床,60,线外检测,检测仪（电感式）,70,粗铣全部主轴颈、连杆轴颈及轴肩和颈板面,曲轴内铣床,80,车,/,车拉全部主轴颈和园角,曲轴车车拉机床,90,车,/,车拉,1,、,6,连杆轴颈及园角,曲轴车车拉机床,100,车,/,车拉,2,、,5,连杆轴颈及园角,曲轴车车拉机床,110,车,/,车拉,3,、,4,连杆轴颈及园角
20、,曲轴车车拉机床,110J,线外检测,电感测量仪,120,枪钻直油孔和斜油孔,CNC,枪钻中心,130,孔口修缘及去毛刺,机器人,130J,线外检测,人工观察,46,2020/4/12,续,2.4.2,六缸机锻钢（热模锻）曲轴的典型工艺,序号,工序名称及内容,设,备,140,清洗,专用油道孔清洗机,150,中频感应淬火,CNC,曲轴中频感应淬火机术,160,回火,连续回火炉,170,主轴颈及连杆颈园角滚压及校直,园角滚压机,170J,检测,180,重修中心孔，加工法兰孔、小端孔,多工位自动线,190,半精磨,17,主轴颈,CNC7,砂轮磨床,190J,线外检测,电感测量仪,200,精磨,1,、
21、,6,连杆轴颈,CNC,双砂轮曲轴磨床,210,精磨,2,、,5,连杆轴颈,CNC,曲轴双砂轮磨床,220,精磨,3,、,4,连杆轴颈,CNC,曲轴双砂轮磨床,220J,线外检测,电感式测量仪,230,精磨全部主轴颈,CNC7,砂轮磨床,240,精车或滚压止推面,止推面精加工机床,47,2020/4/12,续,2.4.2,六缸机锻钢（热模锻）曲轴的典型工艺,序号,工序名称及内容,设,备,250,精磨小端,CNC,斜切端面外园磨床,260,精磨法兰端,CNC,斜切端面外园磨床,270,粗、精铣键槽,多工位键槽铣床,280,终动平衡,CNC,动平衡机,290,磁粉探伤,荧光磁粉探伤机,300,抛光
22、全部主轴颈、连杆轴颈止推面油封颈,NC,曲轴抛光机,310,清洗,定点、定位清洗机,310J,终检（在线检测）,M110,综合检测机,320,涂油，包装,48,2020/4/12,2.5,工序分析,1,、铣端面工序有两个作用：保证曲轴的总长；保证中,心孔的质量。若端面不平，则中心钻上两个切削刃,的受力不均，钻头引偏而折断。这也是“先面后孔,”原则的具体应用。,2,、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
23、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。,49,2020/4/12,3,、精车或滚压止推面。止推颈是加工长度尺,寸的一个基准，其两侧扇板的厚度应分均,匀，否则极易使整根曲轴的轴向尺寸发生,偏移，即单边，致使曲轴各扇板厚度不一,而致废。,4,、因曲轴刚度差，故车主轴颈的工序，采用,前后刀架同时横向进给一次加工成型的机,床，必须注意刀排分布应合理，车刀应常,换常磨，进刀量应适中,。,50,2020/4/12,5,、加工法兰孔、小端孔。法兰孔太深会影响第七主,轴颈及法兰的强度,太浅会影响内装黄油的空间和,装轴承的轴向位置。小头是与起动爪相连，传递,大力矩,所以首先要保证小头的有
24、效深度，其次小,头孔倒角应圆整光滑,角度正确,保证精磨小头时,外圆跳动合格,否则就应重新精修小头孔倒角。,6,、铣定位面。为了使车连颈时角度分布均匀，按照,铸造毛坯六缸曲轴的角度均布原理去掉铸造余量,故必须铣好定位面。不论定位面向那边有所偏移,都会严重改变铸件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,51,2020/4/12,7,、,磁粉探伤。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。,8,、钻直油孔和斜油孔。此工序主要保证钻斜油孔的,角度和它的进
25、出口位置。斜油道的作用是在轴颈,与轴瓦相对运动时提供润滑油，如果油孔口偏移,那么进入轴瓦油道的润滑油减少，造成发动机整,体燃油经济性下降,甚至有可能造成早期磨损，轴,瓦抱死等严重事故。所以,在加工时首先要保证直,油道与斜油道交接口足够大,其次要保证直油道在,轴颈方向不偏移。,52,2020/4/12,9,、精磨主轴颈。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。精磨开始前，要提前启动机床，使砂轮,运转一定时间后,利用修整器把砂轮的厚度和圆弧,修整。砂轮的圆周表面要修细致,否则不能保证磨,削后轴颈的粗糙度而形成螺旋纹印。因为曲轴较,长，必须用中心架作为一个
26、辅助支撑，进入精磨,后，先磨一个轴颈至合适尺寸（留至比成型尺寸,大,0.1,0.2mm,），使支中心架有一个合适的基,准面。为了使整根曲轴在加工运转时的刚性和紧,固性增强，可采用,V,型夹具来装夹曲轴主颈一、,主颈七位置。测量时，应千分尺和表架上的千分,表结合起来使用,。,53,2020/4/12,10,、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。,11,、键槽的对称度是从两个方面要求，一是对连,1,轴颈中心线的对称度，二是对主轴颈的对称度。,对称度是通过调动,V,型夹具和定
27、位销来保证的。,54,2020/4/12,12,、油孔口抛光。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,、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。,55,2020/4/12,(,三,),曲轴部分加工设备简介,3.1,车车拉机床,车车拉设备一次设定能完成所有同心圆的车削，,并在同一台机床上完成车及车拉加工，加工效率,高，通过使用特殊卡盘和刀具系统还能实现柔
28、性,加工，且机床保养简便维护成本也较低，特别适,用于平衡块侧面不需加工、轴颈有沉割槽的曲轴,。其中拉削工艺可用高效的梳刀车削工艺代替，,梳刀加工通常放到该工序的最后工步，通过微量,的径向进给和纵向车削实现高速精加工。,56,2020/4/12,3.2,高速随动外铣,90,年代中期又开发出,CNC,高速外铣，对平衡块,侧面需加工的曲轴，生产效率是最高。另外，,CNC,车车拉工艺加工连杆轴颈要二道工序，,CNC,高速随动外铣只要一道工序就能完成。连杆轴颈,偏心尺寸精度也很高，所以,CNC,高速外铣将是曲,轴主轴颈和连杆轴颈粗加工的发展方向。,现介绍一款型号为,VDF 315 OM-4,的高速随动外
29、,铣床。该机床是德国,BOEHRINGER,公司专为汽车,发动机曲轴设计制造的柔性数控铣床，该设备应,用工件回转和铣刀进给伺服连动控制技术，可以,一次装夹不改变曲轴回转中心随动跟踪铣削曲轴,的连杆轴颈。,57,2020/4/12,采用一体化复合材料结构床身，工件两端电子,同步旋转驱动，具有干式切削、加工精度高、切,削效率高等特点；使,SIEMENS 840D CNC,控制系,统，设备操作说明书在人机界面上，通过输入零,件的基本参数即可自动生成加工程序，可以加工,长度,450,700mm,、回转直径在,380mm,以内的,各种曲轴，连杆轴颈直径误差为,0.02mm,。,58,2020/4/12,
30、3.3,曲轴复合加工设备,进入,21,世纪以后，复合加工工艺已进入曲轴制,造业中。奥地利,WFL,公司生产的卧式车铣复合加,工中心具有一定的代表性。,WFL,公司提出了“一,次装夹，完全加工”的概念。如,M40G,车铣中心,集成了双主轴车削中心、五轴加工中心、深孔镗,、铣、钻和三坐标功能于一身，在一台具有双主,轴的车铣复合加工中心上可以对曲轴主轴颈和连,杆轴颈、油孔、大、小头进行完全加工，加工后,的曲轴可直接转入精加工工序。,该机床尤其适合大型曲轴的生产。,59,2020/4/12,3.4,CNC,曲轴磨床,以德国,JUNKER,公司的摆动跟踪系列磨床为例,，该设备采用了用于高速加工的,CBN
31、,砂轮和使用,油冷却曲轴的组合，适用于加工汽车发动机曲轴,，质量可靠。主要性能有：在加工过程中检测并,修正轴颈圆度和尺寸；带有“学习功能”的控制,系统，附加对圆度偏差和干扰量的自动补偿，可,进行补偿的干扰量是温度，机械及动力影响，磨,削余量的变化，材料以及金相结构的变化，砂轮,的可切削性，机床的磨损状况；,60,2020/4/12,磨削主轴颈和连杆轴颈一次装夹，理论上的偏差,为零；切入式磨削及摆动式磨削；对“敏感工件,”的支撑，在主轴上采用自动对中心的三点式中,心架；,CNC,控制的冷却剂供给保障了磨削区域的,持久用量；采用静压圆型导轨，无爬行现象，确,保持久的高精确度（,X,轴导轨，进给丝杠
32、，止推轴,承）；减震抗扭转床身，使用矿物的合成材料浇,注而成，具有良好的吸震抗弯功能；砂轮轴适用,于高达,140m/s,的磨削。型号为“,JUCRANK,6000/50-50,”,的数控曲轴磨床具有四片,CBN,砂轮,，每片均可独立磨削，一次装夹可磨削全部主轴,颈和连杆颈。,61,2020/4/12,以美国,LANDIS,曲轴主轴颈、连杆颈磨床为例，,当磨削余量双边,0.5-0.75mm,时，精磨后可以达,到：圆度,0.004mm,，圆柱度,0.005mm,，表面粗,糙度,Ra0.63-0.4,（轴颈）,Ra0.8-0.63,（圆角、止,推面），中间主轴颈对,1-7,主轴颈跳动：当上磨床,前达
33、到,0.08mm,，精磨后可达到,0.025-0.03mm,。,随着,CBN,高速磨削在曲轴加工中的应用：在,2,分,钟内可以完成四缸机曲轴主轴颈、四个连杆轴颈,的粗磨。在,CBN,刀具成本降低以后，将来会出现,以磨代替其他粗加工工艺的新局面。,62,2020/4/12,在曲轴加工设备方面，目前国内一些机床生产,厂家相继开发出了,CNC,控制的曲轴主轴颈和连杆,轴颈磨床、高速曲轴外铣床、曲轴车车拉机床、,专用曲轴加工机床等，并已投放市场。随着国产,曲轴设备稳定性和可靠性的提高。将为我国生产,出价廉物美的曲轴作出贡献。,63,2020/4/12,(,四,),、曲轴机加工发展方向,随着我国数控机床
34、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。,64,2020/4/12,为满足曲轴日益提高的加工要求，对曲轴磨床,提出了很高的要求。现代曲轴磨床除了要有很高,的静态、动态刚度和很高的加工精度外，还要求,有很高的磨削效率和更多的柔性。近年来，更要,求曲轴磨床具有稳定的加
35、工精度，为此，对曲轴,磨床的工序能力系数规定了Cp1.67，这意味着,要求曲轴磨床的实际加工公差要比曲轴给定的公,差小一半。随着现代驱动和控制技术、测量控制,、,CBN,（立方氮化硼）砂轮和先进的机床部件的,应用，为曲轴磨床的高精度、高效磨削加工创造,了条件。一种称之为连杆颈随动磨削的工艺。正,是体现了这些新技术综合应用的具体成果。这种,随动磨削工艺可显著地提高曲轴连杆颈的磨削效,率、加工精度和加工柔性。,65,2020/4/12,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。要
36、实现随动磨,削，,X,轴除了必须具有高的动态性能外，还必须具,有足够的跟踪精度，以确保连杆颈所要求的形状,公差。,CBN,砂轮的应用是实现连杆颈随动磨削的,重要条件。由于,CBN,砂轮耐磨性高，在磨削过程,中砂轮的直径几乎是不变的，一次修整可磨削,600,800,条曲轴。,CBN,砂轮还可以采用很高的磨,削速度，在曲轴磨床上一般可采用高达,120,140m/s,的磨削速度，磨削效率很高。,66,2020/4/12,四,.,典型的曲轴失效形式及分析,67,2020/4/12,典型的曲轴失效形式及分析,曲轴是汽车发动机的重要零件，在工作中主要,承受弯曲和扭转复合载荷作用。使用过程中曲轴,的断裂很少
37、发生，发生断裂的原因主要有以下几,方面：力学性能不合格、加工精度不够、承受异,常应力等，而且一般为弯曲疲劳断裂较多，扭转,疲劳断裂较少,某中重型卡车发动机曲轴在用户使用时发生断裂,，其中,1#,曲轴在第六连杆轴颈处发生断裂，见图,1,；,2#,曲轴在第四连杆轴颈处发生断裂，见图,2,。,该曲轴使用,42CrMoA,材料，生产工序为：下料,-,锻造,-,调质处理,-,机加工,-,轴颈及圆角感应淬火,-,精,加工,。,68,2020/4/12,图,1 1#,曲轴,图,2 2#,曲轴,69,2020/4/12,4.1,断口分析,1#,曲轴在第六连杆轴颈处发生断裂，断裂平面,与轴颈成,45,o,角，断
38、口呈典型的扭转疲劳断裂形貌,，断口两侧断面分别如图,3,、图,4,所示。裂纹源在,距离轴颈表面约,3,5mm,处的油孔内侧，油孔内,侧表面有较多加工凹痕，深浅不一，未见其它材,料缺陷，见图,5,图,8,所示。,图,3 1#,曲轴断口,图,4 1#,曲轴断口,70,2020/4/12,图,1#,裂纹源,图,1#,油孔,图,7 1#,裂纹源（弧形原始区域）,图,1#,裂纹源（弧形原始区域）,71,2020/4/12,#,曲轴在第四连杆轴颈处发生断裂，断,口呈弯扭复合疲劳断裂形貌，断口两侧断,面分别如图,10,、图,11,所示。磁粉探伤发现,有裂纹从油孔内部延伸至轴颈表面，见图,12,、图,13,所
39、示。裂纹源最早产生在距离轴,颈表面约,3,5mm,处的油孔内侧，油孔内,侧表面有较多加工凹痕，深浅不一，未见,其它材料缺陷，见图,14,、图,15,所示。该曲,轴先发生扭转疲劳，在裂纹扩展过程中，,由于结构因素和承受复杂载荷作用，在多,个部位发生弯曲疲劳和扭转疲劳，进而最,终断裂时呈现复杂的弯扭疲劳断裂,。,72,2020/4/12,图,10 2#,曲轴断口,图,11 2#,曲轴断口,73,2020/4/12,图,12 2#,轴颈表面破坏形貌,图,13 2#,油孔内裂纹,图,14 2#,裂纹源（弧形区域）,图,15 2#,裂纹源,74,2020/4/12,4.2,讨论分析,该曲轴的连杆轴颈表面硬度偏低，表面淬火组织为屈氏,体，有效硬化层深度不足，应该是加热不十分充分，而且,有一定的表面回火现象。,油孔的加工刀痕导致了该区域的应力集中，是导致曲轴,断裂的主要原因之一。,该曲轴断口处的弧形原始裂纹区域，完整独立，沿晶倾,向明显典型；同时，发生于次表层，该次表层可能处于拉,应力区。这两方面原因综合分析，应考虑是否有淬火裂纹,的存在，在后续工作中值得关注。,4.3,结论关注,该曲轴为扭转疲劳断裂或弯扭复合疲劳断裂，引起断裂,的原因为：,（,1,）该曲轴的感应淬火工艺有问题；,（,2,）油孔加工的刀痕引起了应力集中。,75,2020/4/12,76,2020/4/12,
