曲軸制造工藝過程

1、曲軸制造工藝過程 曲軸是引擎的主要旋轉(zhuǎn)機(jī)件，裝上連桿后，可承接連桿的上下 （往復(fù) ）運(yùn)動變成循 環(huán)（旋轉(zhuǎn)）運(yùn)動。是發(fā)動機(jī)上的一個重要的機(jī)件，其材料是由碳素結(jié)構(gòu)鋼或球墨鑄 鐵制成的，有兩個重要部位：主軸頸，連桿頸， （還有其他）。主軸頸被安裝在 缸體上， 連桿頸與連桿大頭孔連接， 連桿小頭孔與汽缸活塞連接， 是一個典型的 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲軸潤滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤滑和兩頭固定點(diǎn)的潤滑 這 個一般都是壓力潤滑的， 曲軸中間會有油道和各個軸瓦相通， 發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以后靠 機(jī)油泵提供壓力供油進(jìn)行潤滑、 降溫。發(fā)動機(jī)工作過程就是， 活塞經(jīng)過混合壓縮 氣的燃爆， 推動活塞做直線運(yùn)動， 并通過連桿將力傳給曲

2、軸， 由曲軸將直線運(yùn)動 轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動機(jī)的動力源。也是整個船的源動力。1. 曲軸制造技術(shù) /工藝的進(jìn)展1、球墨鑄鐵曲軸毛坯鑄造技術(shù)（1）熔煉 高溫低硫純凈鐵水的獲得是生產(chǎn)高質(zhì)量球墨鑄鐵的關(guān)鍵。 國內(nèi)主要是以沖天爐 為主的生產(chǎn)設(shè)備， 鐵水未進(jìn)行預(yù)脫硫處理； 其次是高純生鐵少、 焦炭質(zhì)量差。 目 前已采用雙聯(lián)外加預(yù)脫硫的熔煉方法， 采用沖天爐熔化鐵水， 經(jīng)爐外脫硫， 然后 在感應(yīng)電爐中升溫并調(diào)整成分。 目前，在國內(nèi)鐵水成分的檢測已普遍采用真空直 讀光譜儀來進(jìn)行。（2）造型氣流沖擊造型工藝明顯優(yōu)于粘土砂型工藝， 可獲得高精度的曲軸鑄件， 該工藝 制作的砂型具有無反彈變形量等特點(diǎn)，

3、這對于多拐曲軸尤為重要。 目前， 國內(nèi)已 有一些曲軸生產(chǎn)廠家從德國、 意大利、西班牙等國引進(jìn)氣流沖擊造型工藝， 不過， 引進(jìn)整條生產(chǎn)線的只有極少數(shù)廠家， 如文登天潤曲軸有限公司引進(jìn)了德國 KW 鑄 造生產(chǎn)線。2、鋼曲軸毛坯的鍛造技術(shù)近幾年來，國內(nèi)已引進(jìn)了一批先進(jìn)的鍛造設(shè)備， 但由于數(shù)量少， 加之模具制造 技術(shù)和其他一些設(shè)施跟不上， 使一部分先進(jìn)設(shè)備未發(fā)揮應(yīng)有的作用。 從總體上來 講，需改造和更新的陳舊的普通鍛造設(shè)備多， 同時，落后的工藝和設(shè)備仍占據(jù)主 導(dǎo)地位，先進(jìn)技術(shù)有所應(yīng)用但還不普遍。3、機(jī)械加工技術(shù) 目前國內(nèi)曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成， 生產(chǎn)效率和自動化程度 相對較低。 粗加工

4、設(shè)備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸， 工序的質(zhì)量穩(wěn)定 性差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。一般精加工采用 MQ8260 等曲軸磨床粗磨 -半精磨 -精磨-拋光，通?？渴止げ僮鳎庸べ|(zhì)量不穩(wěn)定。發(fā)動機(jī)曲軸制造技術(shù)進(jìn)展最為迅速的是機(jī)械加工裝備，比較典型的加工工藝 是銑削和磨削。下面簡要介紹 GF70M-T 曲軸磨床和 VDF 315 OM-4 高速隨動外 銑床，其先進(jìn)程度可見一斑：GF70M-T 曲軸磨床是日本 TOYADA 工機(jī)開發(fā)生產(chǎn)的專用曲軸磨床，是為了 滿足多品種、 低成本、高精度、 大批量生產(chǎn)需要而設(shè)計(jì)的數(shù)控曲軸磨床。 該磨床 應(yīng)用工件回轉(zhuǎn)和砂輪進(jìn)給伺服聯(lián)動控制技術(shù)，

5、 可以一次裝夾而不改變曲軸回轉(zhuǎn)中 心即可完成所有軸頸的磨削， 包括隨動跟蹤磨削連桿軸頸； 采用靜壓主軸、 靜壓 導(dǎo)軌、靜壓進(jìn)給絲杠(砂輪頭架)和線性光柵閉環(huán)控制，使用 TOYADA 工機(jī)生 產(chǎn)的 GC50 CNC 控制系統(tǒng)，磨削軸頸圓度精度可達(dá)到 0.002mm ；采用 CBN 砂 輪，磨削線速度高達(dá) 120m/s ，配雙砂輪頭架，磨削效率極高。VDF 315 OM-4 高速隨動外銑床是德國 BOEHRINGER 公司專為汽車發(fā)動機(jī) 曲軸設(shè)計(jì)制造的柔性數(shù)控銑床， 該設(shè)備應(yīng)用工件回轉(zhuǎn)和銑刀進(jìn)給伺服連動控制技 術(shù)，可以一次裝夾不改變曲軸回轉(zhuǎn)中心隨動跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸。 VDF 315 OM-4

6、 高速隨動外銑采用一體化復(fù)合材料結(jié)構(gòu)床身，工件兩端電子同步旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動，具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特點(diǎn)； 使用 SIEMENS 840D CNC 控制系統(tǒng)， 設(shè)備操作說明書在人機(jī)界面上， 通過輸入零件的基本參數(shù)即可自動生 成加工程序，可以加工長度450700mm、回轉(zhuǎn)直徑在380mm以內(nèi)的各種曲軸， 連桿軸頸直徑誤差為 ±0.02mm 。4、熱處理和表面強(qiáng)化處理技術(shù) 曲軸的熱處理關(guān)鍵技術(shù)是表面強(qiáng)化處理。球墨鑄鐵曲軸一般均采用正火處理， 為表面處理做好組織準(zhǔn)備， 表面強(qiáng)化處理一般采用感應(yīng)淬火或氮化工藝。 鍛鋼曲 軸則采用軸頸與圓角淬火工藝。引進(jìn)的設(shè)備有 AEG 全自動曲軸淬火

7、機(jī)床、 EMA 淬火機(jī)床等。據(jù)國外資料介紹， 球墨鑄鐵曲軸采用圓角滾壓工藝與離子氮化結(jié)合使用進(jìn)行復(fù) 合強(qiáng)化， 可使整條曲軸的抗疲勞強(qiáng)度提高 130%以上。國內(nèi)部分廠家近幾年也進(jìn) 行了這方面的實(shí)踐，取得了良好的效果。曲軸圓角滾壓加工方面，德國赫根塞特( HEGENSCHEIDT-MFD AUTOMATIC )生產(chǎn)的機(jī)床應(yīng)用了變壓力滾壓和矯正專利技術(shù)， 是比較好的圓角 滾壓設(shè)備， 但價(jià)格昂貴。 目前國內(nèi)在這方面的研究也有了一定的成果， 東風(fēng)汽車 有限公司工藝研究所的 “曲軸圓角滾壓強(qiáng)化與滾壓校直技術(shù)研究開發(fā)及應(yīng)用 ”解 決了國內(nèi)企業(yè)化巨資引進(jìn)國外技術(shù)的問題， 該課題獲得了原國家機(jī)械工業(yè)局科技 進(jìn)步

8、二等獎。2. 曲軸制造技術(shù)的發(fā)展趨勢1、鑄造技術(shù)（1）熔煉對于高牌號鑄鐵的熔化， 將采用大容量中頻爐進(jìn)行熔煉或變頻中頻爐熔煉， 并 采用直讀光譜儀檢測鐵水成分。 球墨鑄鐵處理采用轉(zhuǎn)包， 研制新品種球化劑， 采 用隨流孕育、 型內(nèi)孕育及復(fù)合孕育等先進(jìn)孕育方法。 熔化過程的各參數(shù)實(shí)現(xiàn)微機(jī) 控制和屏幕顯示。（2）造型消失模鑄造將得到發(fā)展和推廣。 在砂型鑄造中， 無箱射壓造型和擠壓造型將受 到重視并繼續(xù)在新建廠或改建廠中推廣應(yīng)用。 原有的高壓造型線將繼續(xù)使用， 其 中部分關(guān)鍵元件將得到改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)自動組芯和下芯。2、鍛造技術(shù)以熱模鍛壓力機(jī)、 電液錘為主機(jī)的自動線是鍛造曲軸生產(chǎn)的發(fā)展方向， 這些生 產(chǎn)線將

9、普遍采用精密剪切下料、輥鍛（楔橫軋）制坯、中頻感應(yīng)加熱、精整液壓 機(jī)精壓等先進(jìn)工藝， 同時配有機(jī)械手、 輸送帶、 帶回轉(zhuǎn)臺的換模裝置等輔機(jī)， 形 成柔性制造系統(tǒng)（ FMS ）。通過 FMS 可自動更換工件和模具以及自動進(jìn)行參數(shù) 調(diào)節(jié)，在工作過程中不斷測量。 顯示和記錄鍛件厚度和最大壓力等數(shù)據(jù)并與定值 比較，選擇最佳變形量以獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。 由中央控制室監(jiān)控整個系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)無人 化操作。3、機(jī)械加工技術(shù)曲軸粗加工將廣泛采用數(shù)控車床、 數(shù)控內(nèi)銑床、 數(shù)控車?yán)驳认冗M(jìn)設(shè)備對主軸 頸、連桿軸頸進(jìn)行數(shù)控車削、內(nèi)銑削、車 -拉削加工，以有效減少曲軸加工的變 形量。曲軸精加工將廣泛采用 CNC 控制的曲軸磨床

10、對其軸頸進(jìn)行精磨加工。此 種磨床將配備砂輪自動動平衡裝置、 中心架自動跟蹤裝置、 自動測量、 自動補(bǔ)償 裝置、砂輪自動修整、 恒線速度等功能要求， 以保證磨削質(zhì)量的穩(wěn)定。 高精設(shè)備 依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，估計(jì)短期內(nèi)不會改變。4、熱處理技術(shù)和表面強(qiáng)化技術(shù)（1）曲軸中頻感應(yīng)淬火曲軸中頻感應(yīng)淬火將采用微機(jī)監(jiān)控閉環(huán)中頻感應(yīng)加熱裝置， 具有效率高、 質(zhì)量 穩(wěn)定、運(yùn)行可控等特點(diǎn)。（2）曲軸軟氮化對于大批量生產(chǎn)的曲軸來說， 為了提高產(chǎn)品質(zhì)量， 今后將采用微機(jī)控制的氮基 氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線。氮基氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線由前清洗機(jī)（清洗干燥）、 預(yù)熱爐、軟氮化爐、冷卻油槽、后清洗機(jī)（清洗干燥）、控制系統(tǒng)及制氣配氣等 系

11、統(tǒng)組成。（3）曲軸表面強(qiáng)化技術(shù) 球墨鑄鐵曲軸圓角滾壓強(qiáng)化將廣泛應(yīng)用于曲軸加工中， 另外，圓角滾壓強(qiáng)化加 軸頸表面淬火等復(fù)合強(qiáng)化工藝也將大量應(yīng)用于曲軸加工中， 鍛鋼曲軸強(qiáng)化方式將 會更多地采用軸頸加圓角淬火處理。3. 曲軸止推面磨削燒傷工藝分析在磨削淬火鋼曲軸止推面時，可能產(chǎn)生以下 3 種燒傷：1. 回火燒傷如果磨削區(qū)的溫度未超過淬火鋼的相變溫度， 但已超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度， 止 推面表層金屬的回火馬氏體組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火組織（索氏體或托氏 體），這種燒傷稱為回火燒傷。2. 淬火燒傷如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度， 再加上冷卻液的急冷作用， 表層金屬發(fā)生二 次淬火，使表層金屬出現(xiàn)二次淬火馬

12、氏體組織， 其硬度比原來的回火馬氏體的高， 在它的下層， 因冷卻較慢， 出現(xiàn)了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織 （索氏 體或托氏體），這種燒傷稱為淬火燒傷。3. 退火燒傷如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度， 而磨削區(qū)域又無冷卻液進(jìn)入， 表層金屬將產(chǎn) 生退火組織，表面硬度將急劇下降， 這種燒傷稱為退火燒傷。 在曲軸成形磨削中， 多屬于此種燒傷。改善磨削燒傷的途徑磨削熱是造成磨削燒傷的根源， 故改善磨削燒傷有兩個途徑： 一是盡可能地減 少磨削熱的產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件。1.有沉割槽的曲軸止推軸頸在圖 1 中，曲軸止推軸頸有較深的沉割槽， 而沉割槽已在以前工序加工好， 在 磨

13、削時不用磨削沉割槽， 只需磨削止推軸頸和兩個止推面。 在這種情況下， 即使 是使用成形砂輪磨削，只要使用強(qiáng)力冷卻、合理的磨削余量和選擇好砂輪參數(shù)， 一般情況下可以避免磨削燒傷缺陷的出現(xiàn)。 在使用窄砂輪磨削止推軸頸時， 可采 用的方案是：調(diào)整程序和砂輪的角度磨削， 使砂輪從軸頸的右側(cè)以斜切方式進(jìn)入， 磨削至要求尺寸， 再快速沿原角度方向斜退出； 使砂輪從軸頸的左側(cè)以斜切方式 進(jìn)入，磨削至要求尺寸， 再快速沿原角度方向斜退出； 使砂輪從軸頸的中間快速 切入磨削至要求尺寸，再快速退出。在上述磨削時，要應(yīng)用強(qiáng)力冷卻。至此，止 推軸頸及兩側(cè)面磨削完畢。2.無沉割槽的曲軸止推軸頸圖 2 所示曲軸止推軸頸無

14、沉割槽， 在磨削時需磨削止推軸頸和兩個止推面， 另 外還有兩個成形圓角。在這種情況下，即使是使用窄砂輪磨削，使用強(qiáng)力冷卻， 也很難避免磨削燒傷缺陷的出現(xiàn)。下面分兩種磨削方式來分述解決方案：（1）成形磨削。在成形磨削中，其產(chǎn)生燒傷的主要原因是磨削熱的大量積累 和冷卻液無法進(jìn)入而造成的退火燒傷， 退火燒傷造成曲軸止推面硬度下降， 表層 產(chǎn)生退火組織， 止推面的耐磨性變差， 嚴(yán)重影響發(fā)動機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。 根據(jù)其造 成燒傷的主要因素， 我們分別從 3 個方面入手： 選擇合適的砂輪、 選擇合理的磨 削余量和改善冷卻條件。 選擇合適的砂輪。 淬火鋼曲軸止推面硬度高、 面積大， 砂粒易磨鈍。 為了避 免砂粒

15、磨鈍而產(chǎn)生大量磨削熱，砂輪硬度宜選軟些，以便磨鈍的砂粒及時脫落， 保持砂輪的自銳性。 組織較軟的砂輪氣孔多， 其中可以容納切屑， 避免砂輪堵塞， 又可將冷卻液或空氣帶入磨削區(qū)域，從而使磨削區(qū)域溫度降低。在保證曲軸止推面粗糙度要求的前提下， 宜選擇較粗粒度的砂輪， 以達(dá)到較高 的去除比率； 另外，砂輪必須精細(xì)地平衡， 以便砂輪工作時處于良好的平衡狀態(tài)； 砂輪必須及時修整以保持其鋒利； 影響砂輪修整頻次的因素很多， 包括被磨材料 的純度和類型、 冷卻液的凈度等； 修整砂輪的金剛石支座必須牢固， 若金剛石表 面上有0.50.6mm的磨損量，標(biāo)志金剛石已磨鈍了，應(yīng)及時更換；嚴(yán)格控制砂 輪傳動系統(tǒng)及砂輪

16、心軸的間隙；砂輪傳動帶松緊調(diào)整合適。 選擇合理的磨削余量和磨削參數(shù)。 在生產(chǎn)實(shí)踐中， 常以提高工件速度， 減少 徑向進(jìn)給量來減少工件表面燒傷和裂紋。有一種經(jīng)驗(yàn)為 0.1mm 磨削法，即在最 后加工的 0.1mm 余量中，逐漸減少進(jìn)給量，可以去掉前兩次磨削行程中產(chǎn)生的 表面損傷層，以減少磨削燒傷。根據(jù)以上理論，我們在生產(chǎn)實(shí)踐中采用曲軸止推軸頸多工序磨削，分為粗磨、 半精磨和靜磨等工序。經(jīng)過多工序磨削后，曲軸止推軸頸直徑余量為 0.15 0.25mm ，止推面單邊余量為 0.04 0.07mm ，成形磨削再配以強(qiáng)力冷卻等措施， 可有效避免燒傷缺陷的產(chǎn)生。 值得一提的是， 選擇合理的磨削余量， 還可

17、以防止 止推面出現(xiàn)喇叭口形狀 （因防止燒傷， 一般選擇較軟的砂輪， 余量太大， 磨粒脫 落較塊，容易出現(xiàn)錐面）。 改善冷卻條件， 實(shí)施強(qiáng)力冷卻。 冷卻液必須有效充分， 冷卻液必須噴到磨削 區(qū)域；流量一般為4045L/min，以實(shí)現(xiàn)充分冷卻；壓力一般為0.81.2N/mm2 , 以沖去粘在砂輪上的切屑； 保持冷卻液的純凈， 妥善地過濾， 以清除冷卻液的切 屑、磨粒等臟物； 冷卻液的容器要足夠大， 以免摻入過多的氣體或泡沫； 防止冷 卻液的溫度急劇升高或降低， 一般控制冷卻系統(tǒng)的容積和工作間的室溫， 就足以 控制冷卻液的溫度，然而在特殊儲況下應(yīng)當(dāng)使用散熱器。（2）窄砂輪磨削 （砂輪寬度低于止推軸頸檔