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曲軸的加工工藝、設(shè)計(jì)步驟、流程

: 問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 | 2017-01-13

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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(dòng)變成循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運(yùn)動(dòng)。是發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)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(gè)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(gè)典型的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲軸的潤(rùn)滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤(rùn)滑和兩頭固定點(diǎn)的潤(rùn)滑. 這個(gè)一般都是壓力潤(rùn)滑的，曲軸中間會(huì)有油道和各個(gè)軸瓦相通，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以后靠機(jī)油泵提供壓力供油進(jìn)行潤(rùn)滑、降溫。發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程就是，活塞經(jīng)過(guò)混合壓縮氣的燃爆，推動(dòng)活塞做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源。也是整個(gè)船的源動(dòng)力。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(guó)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(guó)內(nèi)鐵水成分的檢測(cè)已普遍采用真空直讀光譜儀來(lái)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(wú)反彈變形量等特點(diǎn)，這對(duì)于多拐曲軸尤為重要。目前，國(guó)內(nèi)已有一些曲軸生產(chǎn)廠(chǎng)家從德國(guó)、意大利、西班牙等國(guó)引進(jìn)氣流沖擊造型工藝，不過(guò)，引進(jìn)整條生產(chǎn)線(xiàn)的只有極少數(shù)廠(chǎng)家，如文登天潤(rùn)曲軸有限公司引進(jìn)了德國(guó)KW鑄造生產(chǎn)線(xiàn)。 2、鋼曲軸毛坯的鍛造技術(shù) 近幾年來(lái)，國(guó)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(lái)講，需改造和更新的陳舊的普通鍛造設(shè)備多，同時(shí)，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(guó)內(nèi)曲軸生產(chǎn)線(xiàn)多數(shù)由普通機(jī)床和專(zhuān)用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度相對(duì)較低。粗加工設(shè)備多采用多刀車(chē)床車(chē)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?，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。隨著貿(mào)易全球化的到來(lái)，各廠(chǎng)家已意識(shí)到了形勢(shì)的嚴(yán)峻性，紛紛進(jìn)行技術(shù)改造，全力提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，近年來(lái)引進(jìn)了許多先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，進(jìn)展速度很快。就目前狀況來(lái)講，這些設(shè)備和技術(shù)基本依賴(lài)進(jìn)口。下面就哈爾濱東安動(dòng)力、一汽大柴、文登天潤(rùn)曲軸、濱州海得曲軸等公司的情況作以介紹。哈爾濱東安集團(tuán)曲軸生產(chǎn)線(xiàn)為全自動(dòng)柔性流水生產(chǎn)線(xiàn)，粗加工生產(chǎn)線(xiàn)由德國(guó)的專(zhuān)機(jī)自動(dòng)線(xiàn)(LINDENMAIER)、數(shù)控車(chē)-車(chē)?yán)?、?shù)控高速隨動(dòng)外銑(BOEHRINGER)、圓角滾壓機(jī)(HEGENSCHEIDT-MFD)和止推面車(chē)滾專(zhuān)機(jī)、淬火機(jī)(EMA)等組成;精加工生產(chǎn)線(xiàn)由日本的數(shù)控高速CBN磨床(TOYODA)、動(dòng)平衡機(jī)、拋光機(jī)(IMPCO-NACHI)、檢測(cè)機(jī)、清洗機(jī)等組成。連桿軸頸加工則采用了數(shù)控高速隨動(dòng)加工技術(shù)，全線(xiàn)采用高速CBN砂輪磨削技術(shù)，磨削線(xiàn)速度達(dá)到120m/s。文登天潤(rùn)曲軸通過(guò)引進(jìn)德、美、意等發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)設(shè)備，組建了具有當(dāng)今國(guó)際先進(jìn)水平的大型曲軸生產(chǎn)基地，由CBN磨床、HAAS立式和臥式加工中心、意大利SAIMP磨床、德國(guó)HELLER曲軸內(nèi)銑床和SA-FINA拋光機(jī)等設(shè)備組成的機(jī)加工生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)開(kāi)始大批量生產(chǎn)。一汽大柴曲軸生產(chǎn)線(xiàn)粗、精加工工序位于不同的車(chē)間，從而保證了精加工車(chē)間的清潔。粗加工有曲軸質(zhì)量定心機(jī)、數(shù)控內(nèi)銑床等設(shè)備，精加工設(shè)備由英國(guó)LANDIS、日本TOYADA數(shù)控曲軸磨床等進(jìn)口先進(jìn)設(shè)備組成。濱州海得曲軸經(jīng)過(guò)技術(shù)改造，組建了數(shù)控曲軸機(jī)加工生產(chǎn)線(xiàn)，粗加工設(shè)備由數(shù)控車(chē)床、數(shù)控曲軸銑床等設(shè)備組成，精加工設(shè)備由數(shù)控磨床、數(shù)控砂帶拋光機(jī)、滾磨光整機(jī)等設(shè)備組成，近期準(zhǔn)備購(gòu)進(jìn)日本TOYADA工機(jī)數(shù)控磨床等關(guān)鍵設(shè)備，檢驗(yàn)設(shè)備有美國(guó)ADCOLE曲軸三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(見(jiàn)圖3)、粗糙度儀等組成。值得一提的是，海得曲軸公司在全國(guó)專(zhuān)業(yè)曲軸生產(chǎn)廠(chǎng)家中率先應(yīng)用了球墨鑄鐵曲軸圓角滾壓和滾磨光整新技術(shù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。遼寧鴻發(fā)曲軸生產(chǎn)線(xiàn)經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后，主要由三臺(tái)數(shù)控車(chē)床(進(jìn)口VT36、CAK6163、CAK6150)、兩臺(tái)數(shù)控內(nèi)銑(S1-305B)為主的粗加工設(shè)備;七臺(tái)數(shù)控曲軸磨床(1臺(tái)進(jìn)口CBN砂輪3L1、2臺(tái)H197B、4臺(tái)H229B)和熒光磁粉探傷機(jī)等精加工設(shè)備;去應(yīng)力采用8臺(tái)井爐，氮化處理采用7臺(tái)離子氮化爐，淬火熱處理采用法國(guó)進(jìn)口EFD公司生產(chǎn)的CIHM12全自動(dòng)淬火機(jī)床和推桿式回火爐。同時(shí)由美國(guó)進(jìn)口的曲軸綜合測(cè)量?jī)x可以對(duì)曲軸進(jìn)行全尺寸檢驗(yàn)，產(chǎn)品質(zhì)量得到了可靠的保障，同時(shí)具備了三條生產(chǎn)線(xiàn)同時(shí)加工的生產(chǎn)能力。可以看出，發(fā)動(dòng)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(jiǎn)要介紹GF70M-T曲軸磨床和VDF 315 OM-4高速隨動(dòng)外銑床，其先進(jìn)程度可見(jiàn)一斑: GF70M-T曲軸磨床是日本TOYADA工機(jī)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的專(zhuān)用曲軸磨床，是為了滿(mǎn)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(dòng)控制技術(shù)，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(dòng)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(xiàn)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(xiàn)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(dòng)外銑床是德國(guó)BOEHRINGER公司專(zhuān)為汽車(chē)發(fā)動(dòng)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(dòng)控制技術(shù)，可以一次裝夾不改變曲軸回轉(zhuǎn)中心隨動(dòng)跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸。VDF 315 OM-4高速隨動(dòng)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(dòng)，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(shuō)明書(shū)在人機(jī)界面上，通過(guò)輸入零件的基本參數(shù)即可自動(dòng)生成加工程序，可以加工長(zhǎng)度450~700mm、回轉(zhuǎn)直徑在380mm以?xún)?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(dòng)曲軸淬火機(jī)床、EMA淬火機(jī)床等。據(jù)國(guó)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(guó)內(nèi)部分廠(chǎng)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(guó)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(zhuān)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(guó)內(nèi)在這方面的研究也有了一定的成果，東風(fēng)汽車(chē)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(kāi)發(fā)及應(yīng)用”解決了國(guó)內(nèi)企業(yè)化巨資引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的問(wèn)題，該課題獲得了原國(guó)家機(jī)械工業(yè)局科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。曲軸制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1、鑄造技術(shù) (1)熔煉對(duì)于高牌號(hào)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(cè)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(guò)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(wú)箱射壓造型和擠壓造型將受到重視并繼續(xù)在新建廠(chǎng)或改建廠(chǎng)中推廣應(yīng)用。原有的高壓造型線(xiàn)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(dòng)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(dòng)線(xiàn)是鍛造曲軸生產(chǎn)的發(fā)展方向，這些生產(chǎn)線(xiàn)將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(shí)配有機(jī)械手、輸送帶、帶回轉(zhuǎn)臺(tái)的換模裝置等輔機(jī)，形成柔性制造系統(tǒng)(FMS)。通過(guò)FMS可自動(dòng)更換工件和模具以及自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，在工作過(guò)程中不斷測(cè)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(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)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(chē)床、數(shù)控內(nèi)銑床、數(shù)控車(chē)?yán)驳认冗M(jìn)設(shè)備對(duì)主軸頸、連桿軸頸進(jìn)行數(shù)控車(chē)削、內(nèi)銑削、車(chē)-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控制的曲軸磨床對(duì)其軸頸進(jìn)行精磨加工。此種磨床將配備砂輪自動(dòng)動(dòng)平衡裝置、中心架自動(dòng)跟蹤裝置、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)補(bǔ)償裝置、砂輪自動(dòng)修整、恒線(xiàn)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(lài)進(jìn)口的現(xiàn)狀，估計(jì)短期內(nèi)不會(huì)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(duì)于大批量生產(chǎn)的曲軸來(lái)說(shuō)，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(xiàn)。氮基氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線(xiàn)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(huì)更多地采用軸頸加圓角淬火處理。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(shí)，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(guò)淬火鋼的相變溫度，但已超過(guò)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(chēng)為回火燒傷。 2.淬火燒傷如果磨削區(qū)溫度超過(guò)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)二次淬火馬氏體組織，其硬度比原來(lái)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(chēng)為淬火燒傷。 3.退火燒傷如果磨削區(qū)溫度超: 回答者：網(wǎng)友

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