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曲轴的机械加工工艺过程分析

日期时间:2013-1-30 10:06:55

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     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。

    曲轴的机械加工工艺特点

  三拐曲轴除了具有轴的一般加工规律外,也有它的工艺特点,主要包括形状复杂,刚性差及技术要求高,针对这些特点应采取相应的措施

  曲轴的机械加工工艺特点分析

  (1)该零件是多拐小型曲轴,生产批量不大,故选用中心孔定位,它是辅助基准,装夹方便,节省找正时间,又能保证三处连杆轴颈的位置精度。但轴两端的轴颈比例不再统一圆周上,故不能直接在轴端面上钻三对中心孔。于是,在曲轴毛坯制造时,预先铸造两端的工艺搭子,这样就可以在工艺搭子上钻出四对中心孔,达到用中心孔定位的目的。

  (2)在工艺搭子端面上钻四对中心孔,先以两主轴颈为粗基准,钻好主轴颈的一对中心孔;然后以这一对中心孔定位,以连杆轴颈为粗基准划线,再将曲轴放到回转工作台上,加工φ32mm、圆周120°均布的三个连杆轴颈的中心孔,这样就保证了它们之间的位置精度。

  (3)该零件刚性较差,应按先粗后精的原则安排加工顺序,逐步提高加工精度。对于主轴颈与连杆轴颈的加工顺序是,先加工三个连杆轴颈,然后再加工主轴颈及其他各处的外圆,这样安排可以避免一开始就降低工件刚度,减少受力变形,有利于提高曲轴加工精度。

  (4)由于使用了工艺搭子,铣键槽工序安排在切除中心孔后进行,故磨外圆工序必须提前在还保留工艺搭子中心孔时进行,同时要注意防止已磨好的表面被碰伤。

  曲轴主要加工工序分析

  (1)铣曲轴两端面,钻中心孔

  本工序在钻铣车组合车床上完成,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。

  (2)曲轴主轴颈的车削

  由于曲轴年产量不大,主轴颈加工采用车削,在刚度较强的普通车床上进行。曲轴安装在前、后顶尖上线一端用大盘夹住而另一端用顶尖顶住,用硬质合金车几道工序上完成主轴颈的车削。由于加工余大且不均匀,旋转不平衡,加工时产生冲击,因此工件要夹牢固。车床、刀具、夹具要有足够的刚性。主轴颈车削顺序是先精车一端主轴颈及轴肩,然后以车好的主轴颈定位。另一侧用顶尖以中心孔定位。车另一端主轴颈、肩及各个轴颈,半精度及精车都按此顺序进行,逐渐提高主轴颈及其他轴颈的加工精度。

  (3)曲轴连杆轴颈的车削

  主轴颈及其它外圆车好后,以主轴颈作为加工连杆轴颈的基准,采用专用的车夹具、车削连杆轴颈,车削同样在普通车床上进行。车削连杆轴颈需要解决的是角度定位(两连杆轴颈轴线需要控制在180度+30度或180度—30度)以及曲轴旋转的不平衡问题。这些都由专用夹具来保证,夹具体为一对用以定位的V型块组成,装在接盘上。接盘与车床过渡接盘靠中间的定位销定位并连接,接盘在过渡接盘上靠棱形定位销可转180度,依次车削两个连杆轴颈。V型块中心与车床主轴线距离一个曲轴半径。车削过程中,一端与曲轴主轴颈定位并夹紧,另一端靠偏中心座夹紧,中心座上钻有中心孔,中心孔偏心距同样为一个曲轴半径。用顶尖顶紧中心孔,这样就能保证连杆轴颈轴线与车床主轴线一致。安装夹具体的接盘上有平衡块,消除曲轴旋转时不平衡力矩的生。曲轴加工时由于受到离心力和两顶尖的轴向压紧偏心力的作用,容易发生弯曲变形,为了加强工件刚度,用撑杆来撑住另一个曲拐的开移。车削连杆轴颈时为了使切削力不致于太大,每次车削余量控制在1~1.5mm内,同时车床旋转不能太高,刀具采用高速钢。

  (4)键槽加工

  这个键槽主要用于飞轮,加工此键槽应安排在主轴颈精车工序之后,这样能保证定位精度及控制键槽的深度以及对称度。键槽加工是以两主轴颈定位,同样用专用夹具在普通铣床上进行。

  (5)轴颈的磨削

  由于主轴颈及连杆轴颈精度较高,尺寸精度为IT6级,表面粗糙度1.6~0.8μm,并且具有较高的形状精度及位置精度。因此主轴颈与连杆轴颈精车后要进行磨削,以提高精度表面粗糙度。

  在工艺设计中,首先磨主轴颈然后磨连杆轴颈。中间主轴颈磨好后才能磨其余轴颈,磨主轴颈和连杆轴颈的安装方法基本上与车轴颈相同,磨主轴颈是以中心孔定位,在外圆磨床上进行,磨连杆轴颈则以经过精磨的两端主轴颈定位,以保证与主轴颈的轴线距离及平行度要求,磨连杆轴颈是在曲轴磨床上进行的。

  由于轴颈宽度不大,采用横向进给磨削法,生产率较高,磨轮的外形需仔细地修整,因为直接影响轴颈与圆角的形状,磨削余量根据车削后的精度而定,粗磨余量值每边0.2~0.3mm,精磨余量控制在0.1~0.15 mm内。

  在横向进给磨削中,磨轮对工件的压力很大,为避免曲轴弯曲,采用可以调节的中心架,否则就不能去掉上道工序留下的弯曲度,最好待这个轴颈的摆差减小才开始使用中心架。

  磨削主轴颈时应把两顶尖孔倒角处抹干净,去砂粒及油泥,确保加工基准——中心孔的精度,磨削工序之前必须修研中心孔。