曲轴加工工艺设计.ppt

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 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 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 4 0 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20 40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