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機件，裝上連桿后，可承接連桿的上下 （往復 ）運動變成循 環(huán)（旋轉）運動。是發(fā)動機上的一個重要的機件，其材料是由碳素結構鋼或球墨鑄 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 曲柄滑塊機構。曲軸潤滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤滑和兩頭固定點的潤滑 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)動機運轉以后靠 機油泵提供壓力供油進行潤滑、 降溫。發(fā)動機工作過程就是， 活塞經過混合壓縮 氣的燃爆， 推動活塞做直線運動， 并通過連桿將力傳給曲

2、軸， 由曲軸將直線運動 轉變?yōu)樾D運動。曲軸的旋轉是發(fā)動機的動力源。也是整個船的源動力。1. 曲軸制造技術 /工藝的進展1、球墨鑄鐵曲軸毛坯鑄造技術（1）熔煉 高溫低硫純凈鐵水的獲得是生產高質量球墨鑄鐵的關鍵。 國內主要是以沖天爐 為主的生產設備， 鐵水未進行預脫硫處理； 其次是高純生鐵少、 焦炭質量差。 目 前已采用雙聯外加預脫硫的熔煉方法， 采用沖天爐熔化鐵水， 經爐外脫硫， 然后 在感應電爐中升溫并調整成分。 目前，在國內鐵水成分的檢測已普遍采用真空直 讀光譜儀來進行。（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，

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

4、設備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸， 工序的質量穩(wěn)定 性差，容易產生較大的內應力，難以達到合理的加工余量。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|量不穩(wěn)定。發(fā)動機曲軸制造技術進展最為迅速的是機械加工裝備，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，其先進程度可見一斑：GF70M-T 曲軸磨床是日本 TOYADA 工機開發(fā)生產的專用曲軸磨床，是為了 滿足多品種、 低成本、高精度、 大批量生產需要而設計的數控曲軸磨床。 該磨床 應用工件回轉和砂輪進給伺服聯動控制技術，

5、 可以一次裝夾而不改變曲軸回轉中 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 導軌、靜壓進給絲杠(砂輪頭架)和線性光柵閉環(huán)控制，使用 TOYADA 工機生 產的 GC50 CNC 控制系統(tǒng)，磨削軸頸圓度精度可達到 0.002mm ；采用 CBN 砂 輪，磨削線速度高達 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 曲軸設計制造的柔性數控銑床， 該設備應用工件回轉和銑刀進給伺服連動控制技 術，可以一次裝夾不改變曲軸回轉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合材料結構床身，工件兩端電子同步旋轉驅 動，具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特點； 使用 SIEMENS 840D CNC 控制系統(tǒng)， 設備操作說明書在人機界面上， 通過輸入零件的基本參數即可自動生 成加工程序，可以加工長度450700mm、回轉直徑在380mm以內的各種曲軸， 連桿軸頸直徑誤差為 ±0.02mm 。4、熱處理和表面強化處理技術 曲軸的熱處理關鍵技術是表面強化處理。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備， 表面強化處理一般采用感應淬火或氮化工藝。 鍛鋼曲 軸則采用軸頸與圓角淬火工藝。引進的設備有 AEG 全自動曲軸淬火

7、機床、 EMA 淬火機床等。據國外資料介紹， 球墨鑄鐵曲軸采用圓角滾壓工藝與離子氮化結合使用進行復 合強化， 可使整條曲軸的抗疲勞強度提高 130%以上。國內部分廠家近幾年也進 行了這方面的實踐，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 )生產的機床應用了變壓力滾壓和矯正專利技術， 是比較好的圓角 滾壓設備， 但價格昂貴。 目前國內在這方面的研究也有了一定的成果， 東風汽車 有限公司工藝研究所的 “曲軸圓角滾壓強化與滾壓校直技術研究開發(fā)及應用 ”解 決了國內企業(yè)化巨資引進國外技術的問題， 該課題獲得了原國家機械工業(yè)局科技 進步

8、二等獎。2. 曲軸制造技術的發(fā)展趨勢1、鑄造技術（1）熔煉對于高牌號鑄鐵的熔化， 將采用大容量中頻爐進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包， 研制新品種球化劑， 采 用隨流孕育、 型內孕育及復合孕育等先進孕育方法。 熔化過程的各參數實現微機 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用。 原有的高壓造型線將繼續(xù)使用， 其 中部分關鍵元件將得到改進，實現自動組芯和下芯。2、鍛造技術以熱模鍛壓力機、 電液錘為主機的自動線是鍛造曲軸生產的發(fā)展方向， 這些生 產線將

9、普遍采用精密剪切下料、輥鍛（楔橫軋）制坯、中頻感應加熱、精整液壓 機精壓等先進工藝， 同時配有機械手、 輸送帶、 帶回轉臺的換模裝置等輔機， 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行參數 調節(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據并與定值 比較，選擇最佳變形量以獲得優(yōu)質產品。 由中央控制室監(jiān)控整個系統(tǒng)， 實現無人 化操作。3、機械加工技術曲軸粗加工將廣泛采用數控車床、 數控內銑床、 數控車拉床等先進設備對主軸 頸、連桿軸頸進行數控車削、內銑削、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、 自動補償 裝置、砂輪自動修整、 恒線速度等功能要求， 以保證磨削質量的穩(wěn)定。 高精設備 依賴進口的現狀，估計短期內不會改變。4、熱處理技術和表面強化技術（1）曲軸中頻感應淬火曲軸中頻感應淬火將采用微機監(jiān)控閉環(huán)中頻感應加熱裝置， 具有效率高、 質量 穩(wěn)定、運行可控等特點。（2）曲軸軟氮化對于大批量生產的曲軸來說， 為了提高產品質量， 今后將采用微機控制的氮基 氣氛氣體軟氮化生產線。氮基氣氛氣體軟氮化生產線由前清洗機（清洗干燥）、 預熱爐、軟氮化爐、冷卻油槽、后清洗機（清洗干燥）、控制系統(tǒng)及制氣配氣等 系

11、統(tǒng)組成。（3）曲軸表面強化技術 球墨鑄鐵曲軸圓角滾壓強化將廣泛應用于曲軸加工中， 另外，圓角滾壓強化加 軸頸表面淬火等復合強化工藝也將大量應用于曲軸加工中， 鍛鋼曲軸強化方式將 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變溫度， 止 推面表層金屬的回火馬氏體組織將轉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)域又無冷卻液進入， 表層金屬將產 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 少磨削熱的產生；二是改善冷卻條件，盡量使產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，只要使用強力冷卻、合理的磨削余量和選擇好砂輪參數， 一般情況下可以避免磨削燒傷缺陷的出現。 在使用窄砂輪磨削止推軸頸時， 可采 用的方案是：調整程序和砂輪的角度磨削， 使砂輪從軸頸的右側以斜切方式進入， 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以斜切方式 進入，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，要應用強力冷卻。至此，止 推軸頸及兩側面磨削完畢。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，使用強力冷卻， 也很難避免磨削燒傷缺陷的出現。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，其產生燒傷的主要原因是磨削熱的大量積累 和冷卻液無法進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 產生退火組織， 止推面的耐磨性變差， 嚴重影響發(fā)動機的運行穩(wěn)定性。 根據其造 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， 以達到較高 的去除比率； 另外，砂輪必須精細地平衡， 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，標志金剛石已磨鈍了，應及時更換；嚴格控制砂 輪傳動系統(tǒng)及砂輪

16、心軸的間隙；砂輪傳動帶松緊調整合適。 選擇合理的磨削余量和磨削參數。 在生產實踐中， 常以提高工件速度， 減少 徑向進給量來減少工件表面燒傷和裂紋。有一種經驗為 0.1mm 磨削法，即在最 后加工的 0.1mm 余量中，逐漸減少進給量，可以去掉前兩次磨削行程中產生的 表面損傷層，以減少磨削燒傷。根據以上理論，我們在生產實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 ，成形磨削再配以強力冷卻等措施， 可有效避免燒傷缺陷的產生。 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，容易出現錐面）。 改善冷卻條件， 實施強力冷卻。 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，以實現充分冷卻；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當使用散熱器。（2）窄砂輪磨削 （砂輪寬度低于止推軸頸檔