【文章內容簡介】 圖23曲軸零件圖 毛坯選擇曲軸材料有45號鋼（～%）、45Mn50Mn、40Cr鋼及QT602球墨鑄鐵等。鋼制曲軸的毛坯是鍛造的。通過鍛造能使金屬纖維按最有利的方向分布，材料內部的縮孔和氣孔被粘結起來，因此組織緊密，從而獲得較高的沖擊值、延伸率及疲勞極限。在單件、小批生產中，曲軸毛坯往往采用自由鍛造，簡化了鍛壓設備。但毛坯精度低，余量大，金屬利用率低，也增加了機械加工勞動量生產率低。而且金屬纖維被割斷，以致纖維不沿曲柄臂的方向分布，減低了曲柄的強度。在成批、大量生產中，一般是用模鍛。毛坯精度高，余量?。窟呌嗔考s為2～，～3毫米），曲軸的非工作表面可不加工。金屬纖維能按最有利的方向排列，從而提高曲柄的強度。模鍛后的曲軸毛坯應進行正火。并且去除氧化皮，以便在機械加工中提高刀具的耐用度。模鍛毛坯的表面不應有裂紋、氧化皮斑點、砂孔、密集的發(fā)紋（特別是垂直于軸向的發(fā)紋）、過深的錘痕等缺陷。但這些缺陷的深度不超過余量的2/3時，則是允許的。模鍛毛坯的徑向和軸向錯模以及切邊的偏移過大都會影響余量不均勻，甚至粗車后仍留有黑皮而報廢，而且導致曲軸動平衡發(fā)生困難，不能去重或去除過多，影響曲軸強度。因此要對鍛造質量提出一定的要求。總的來說，鍛鋼曲軸具有較高的機械性能，產品質量比較穩(wěn)定，在生產中占有重要的地位。在國外，目前著重于減小拔模斜度及減小機械加工余量，采用一些新工藝如冷鍛、多級模壓等，有利于提高質量和降低成本，在模鍛中鋼材利用率已經達到77%。近年來，我國在內燃機制造中廣泛采用球墨鑄鐵曲軸。此外，完全取材于國內的稀土鎂球墨鑄鐵曲軸也得到廣泛推廣。球墨鑄鐵曲軸的優(yōu)點是：鑄造工藝好。澆注時型腔有良好的充滿性，因此在設計上可以改進曲軸的結構，例如曲柄的形狀、軸頸可鑄出空腔等。但在產量小時，普通造型的鑄鐵件在加工余量較大。在大批、大量生產中可采用精密鑄造，如殼模鑄造等，曲軸毛坯更能接近于曲軸所要求的形狀和尺寸，可達6～～Ra25的粗糙度，不僅大大減少機械加工余量，而且為毛坯制造的自動化創(chuàng)造條件，提高生產率和降低成本。有較高的強度及對應力集中的敏感程度較低。有較好的減震性和耐磨性。表21鍛鋼曲軸和球墨鑄鐵曲軸耐磨性比較曲軸材料熱處理運轉時間（小時）主軸頸磨損（毫米）曲柄銷磨損（毫米）鍛鋼曲軸表面淬火1000～～球墨鑄鐵曲軸正火1500～～稀土鎂球墨鑄鐵曲軸正火1500～～但是球墨鑄鐵曲軸的延伸率比鍛鋼曲軸低。此外，在使用中還有曲軸斷裂的情況發(fā)生。對曲軸進行等溫淬火可以減少斷裂。為了保證鑄造曲軸毛坯的質量，需要進行磁力探傷。由于年產量30000件，達到大批生成水平，故曲軸毛坯采用模鍛，材料為45號鋼。（1）粗基準的選擇加工主軸頸及與其同軸心的軸頸及法蘭盤外表面時，為了保證軸頸和端面之間的位置精度，用曲軸兩端的中心孔定位。所以曲軸最初的工序是銑曲軸兩端面和鉆中心孔。為了保證中心孔鉆在主軸頸毛坯外圓面的軸線位置上，選用主軸頸的外圓面為粗基準。銑曲軸兩端面和鉆中心孔時，就是以兩端主軸頸（第7主軸頸）的外圓面為粗基準，同時為了保證所加工的基準面的軸向尺寸，選用中間主軸頸（第4主軸頸）兩側曲柄臂斜面為粗基準。這樣加工出的基準面（中心孔）就可以保證曲軸加工時徑向和軸向余量的均勻性。在加工連桿軸頸時要在曲柄臂上銑出兩個工藝平面，在銑削過程中是以最遠的兩個主軸頸和一個連桿軸頸作為定位基面。（2）輔助精基準的選擇如上所述，在曲柄臂上銑出的兩個工藝平面是加工連桿軸頸所用的輔助精基準，這兩個平面距離連桿軸頸與主軸頸軸心線要有一定的尺寸公差要求，以保證加工連桿軸頸時余量的均勻性。（3）精基準的選擇如上所述，加工主軸頸及與其同軸心的軸頸及法蘭盤外表面時，是從中心孔為精基準的。有時也用量端主軸頸和中間主軸頸作為基準。加工連桿軸頸時，為了保證欄桿軸頸的曲柄半徑精度和對主軸頸的不平行度的要求，可用磨過的最遠的兩個主軸頸的外圓面作為精基準。這樣定位便于保證技術要求，并且夾緊牢靠，安裝性好，工件不易變形。此外，個軸頸的兩端面還有一定的軸向尺寸及公差要求，需要軸向定位。軸向定位基準往往采用主軸頸的一個端面，也有用中心孔的。軸向定位基準應盡量和軸向設計基準一致。根據生產綱領年產30000件，以及零件的技術要求，擬定工藝路線如下：表22曲軸工藝路線工序號工序名稱設備名稱型號夾具、刀檢具及輔具1銑曲軸兩端面和鉆中心孔銑鉆組合機床以7主軸頸和第4主軸頸兩側曲柄臂斜面為粗基準2粗車第4主軸頸及兩端面雙邊傳動曲軸車床以中心孔為基準3校直壓力機4粗磨第4主軸頸外圓磨床以中心孔為基準5粗車其余主軸頸及其他外圓和端面中間傳動的的曲軸車床以中心孔為基準6校直壓力機7精車其余主軸頸及其他外圓和端面中間傳動的曲軸車床以中心孔為基準8粗磨第1主軸頸和裝齒輪的軸頸及其端面端面外圓磨床以中心孔為基準9粗磨第7主軸頸和法蘭盤外圓外圓磨床以中心孔為基準10粗磨第6主軸頸及其端面多砂輪外圓磨床7主軸頸外圓面為基準11在第1曲柄梢側面曲柄臂上銑角度定位平面龍門銑床以第7主軸頸和第8曲柄梢為基準12車六個曲柄梢及其端面曲柄梢車床以第7主軸頸定位夾緊、并以第1主軸頸端面及曲柄臂上角度定位平面為基準13中間檢驗檢驗臺14清洗清洗機15在軸頸上锪球形孔組合鉆床以7主軸頸定位16在軸頸上鉆油孔組合鉆床以7主軸頸定位17在軸頸上鉆油孔組合鉆床以7主軸頸定位18在軸頸上鉆油孔組合鉆床以7主軸頸定位19油孔倒角20去毛刺21中間檢查22表面淬火中頻表面淬火機23校直壓力機24精磨第4主軸頸及其端面外圓磨床以中心孔為基準25精磨第7主軸頸及其端面外圓磨床以中心孔為基準26精磨第1主軸頸、裝齒輪裝皮帶輪的軸頸及端面端面外圓磨床以中心孔為基準27精磨油封軸頸外圓磨床以中心孔為基準28依次精磨第6主軸頸及其端面外圓磨床以7主軸頸外圓表面為基準29粗磨六個曲柄梢及其端面曲軸磨床以第7主軸頸定位夾緊，并以第1主軸頸端面及曲柄臂上角度定位平面為基準30精磨六個曲柄梢及其端面曲軸磨床以第7主軸頸定位夾緊31同時銑齒輪軸頸和皮帶輪軸頸上的鍵槽鉆用鍵槽銑床以第7主軸頸，第一曲柄梢及第1主軸頸端面為基準32中間檢查33在曲軸法蘭端面及小頭端面對各孔鉆，鉸及攻絲雙面多工位組合機床34動平衡動平衡機35去不平衡重立式鉆床36去毛刺37校直壓力機38后端法蘭孔切槽車床7主軸頸為基準39精加工法蘭孔鏜床7主軸頸為基準40去毛刺41粗超精加工各軸頸超精加工機床1主軸頸和齒輪軸頸為基準42精超精加工各軸頸超精加工機床1主軸頸和齒輪軸頸為基準43清洗清洗機44按需要修理缺陷45最后檢驗（具體的工藝過程見附錄工藝卡片）[5]第3章 工藝詳細設計（1）主軸頸的車削主軸頸一般作為加工曲柄銷的基準，所以在銑曲軸兩端面和鉆中心空后，先車削主軸頸及其它外圓面，然后車削曲柄銷。在單件、小批量生產中，主軸頸的車削都是在剛性較強的普通車床上進行的。曲軸安裝在機床的前、后頂尖上，或是一端用卡盤夾住而另一端用頂尖頂住，用硬質合金車刀在幾道工序中完成各主軸頸的車削。由于批量較小，曲軸毛坯大多數是采用自由鍛或者砂型鑄造，加工余量大及不均勻，并且旋轉不平衡，加工時產生沖擊，因此工件要加持牢靠，機床、夾具、刀具等要有足夠的剛性。在大量生產的工廠中，曲軸的加工一般是在專用的多刀半自動車床上進行的，采用寬刃成形車刀和切線偏刀，實現橫向進給。切削力很大，所以對機床系統的剛度要求特別高。曲軸剛度低，為了減少切削力造成的扭轉變形和彎曲變形，除了采用一般軸類加工常用的方法如用中心架支承及時傳動盡量靠近加工部位等以外，車中間主軸頸可采用雙邊傳動的多到半自動車床，車兩端的主軸頸則采用中間傳動的多刀半自動車床，可使扭矩在靠近加工的地方傳到曲軸上。為了使切削力的作用相互抵消，前后刀架式同時相對作出橫向進給而進行切削的如圖31：圖31前后車刀同時車削軸曲軸車削的順序是先車中間主軸頸及相鄰的兩曲柄臂端面，然后粗磨此主軸頸，以便用來傳動和支承曲軸本身并以中心孔定位來加工其余的主軸頸及能同時加工的其它表面。如圖32圖32曲軸兩端主軸頸的車削車軸頸是從車曲柄臂端面開始，用切線偏刀向回轉中心進給。在轉速固定時切削速度將降低，刀具的利用就不夠充分。因此這些專用車床應能自動加大主軸的轉速，以便在車曲柄臂端面的過程中加工直徑減小后仍能使切削速度相差不大。另一方面，由于模鍛斜度的關系，越是靠近工件的中心則切削深度越大，切削力也大，因此也要求主軸的轉速自動增加，而主軸每轉的進給量能自動降低。（2）連桿軸頸的車削主軸頸及其它外圓車好后，可車削曲柄銷，需要解決角度定位和曲軸旋轉的不平衡的問題。在單件，小批量生產中，仍用普通車床車削曲柄銷。如圖33所示：圖33在普通車床上車削連桿軸頸在曲軸法蘭盤和第一主軸頸處裝有工藝法蘭盤，在工藝法蘭盤上距主軸軸頸線為曲柄半徑處有定位用的中心孔，這個中心孔通過角度定位元件的作用能與曲柄銷同軸線。加工時，車床的前、后頂尖就頂在工藝法蘭盤的中心孔上，是曲柄銷和機床主軸同軸線。采用專用夾具應注意機床主軸的平衡，可在床頭的夾盤上裝設平衡重。用這種安裝方法加工剛性較差的多缸發(fā)動機曲軸時，曲軸受到離心力和兩頂尖的軸向壓緊偏心力的作用，容易發(fā)生彎曲變形。為了加強工件的剛度，可用撐桿來撐住其余曲拐的開檔。加工大型曲軸，不平衡現象更為突出，加平衡塊還不一定能夠解決，因此有時采用旋風車削，即是加工時刀架旋轉。在成批生產中可用上述兩端傳動的車床依次加工位于同一根軸線的一對曲柄銷。每次在夾具上安裝都應使所加工的一對曲柄銷和機床主軸的回轉軸線重合。主軸頸的軸線相對于機床主軸的回轉軸線的偏移即曲柄半徑。車削3曲柄銷使，基準為第4主軸頸（靠近加工面），軸向定位是用第1主軸頸的軸肩端面，角度定位則用在曲柄臂上銑出的工藝平面。撥桿5靠彈簧6的作用推動曲軸緊靠夾具軸向定位元件A面（即是使第1主軸頸軸肩端面緊靠A面）而進行軸向定位。為了避免切削力引起變形，機床仍用前后刀架相對作出橫向進給。這種加工方法也可在經過改裝的普通車床上進行，但應避免產生振動和變形。但是這種加工方法在一次加工中同時車削的軸頸較少，而同樣工序的數目太多，生產率較低。在大批量生產中可以用高生產率的曲軸曲柄銷專用車床同時車削全部曲柄銷。如圖34：圖34在雙工位曲軸車床上同時車削全部連桿軸頸這種機床有兩個工位，每個工位的刀架數等于曲柄銷數。一個工位用多刀同時車削所有的曲柄銷軸肩端面，另一個工位用多刀同時車削所有的曲柄銷外圓。為了提高工件的剛性，中間主軸頸用中心架支承。曲軸用兩端主軸頸、第1主軸頸軸肩端面及在曲柄臂側面的工藝平面為定位基準。主軸頸和機床主軸同軸心。加工時曲軸繞其主軸頸軸心旋轉。曲軸時與所有車刀同步旋轉的。機床的工作原理如圖35：曲軸旋轉一周，車刀把外圓表面切去一層金屬。車刀還能徑向進給，將全部余量切除。這種機床的生產率高，但是更換刀具和機床重新調整的時間較長。圖35同時車削全部連桿的工作原理圖以上所述加工主軸頸和曲柄銷的方法，一般來說工件是旋轉的。機床主軸旋轉不平衡的慣性較大，限制了機床主軸轉速的提高，所以不能充分發(fā)揮硬質合金刀具的性能，常用高速鋼刀進行加工，生產率的提高也就受到一定的限制。國外一些內燃機廠還用銑削的方法加工曲軸軸頸。如采用專門設計制造的曲軸軸頸銑床等。圖36用盤銑刀銑削曲軸頸如圖36是采用盤銑刀加工曲柄銷的示意圖。曲軸以兩端主軸頸安裝在機床上定位及夾緊。機床是兩邊傳動的。其軸心線與機床主軸線同軸心。在工件兩邊各有一個銑頭，上面安裝兩把盤銑刀，用來銑削在同一根軸線上的兩個曲柄銷及軸肩端面。銑刀盤上裝有不同的刀片，可以銑削軸頸及端面。硬質合金刀片是不重磨的。工件以主軸頸軸線為中心旋轉。銑頭的運動有液壓靠模控制，進行往復移動。機床的半自動循環(huán)按以下工序工作：接通銑刀旋轉；刀架向工件快速引進；轉換為工作進給；銑刀向不動的工件吃刀至相當于加工余量的深度；停止盤銑刀向工件的進給；接通曲軸的慢速旋轉運動，在曲軸旋轉一周的過程中銑削軸頸和軸肩端面；快速退回銑刀架；停止銑刀盤和主軸的旋轉運動，曲軸裝卸時用人工進行，夾緊和松開則是自動的。曲軸銑削和車削比較，最顯著的優(yōu)點是切削速度不受工件旋轉不平衡的限制，可以采用較高的切削速度以提高生產率。而且切削力比車削小，工件變形、相對減少。曲軸軸頸銑床的突出優(yōu)點是曲軸繞主軸頸軸線運動，可以同時加工幾個曲柄銷，其傳動系統比較簡單?？磕］S使銑頭產生往復運動，這種設計不僅使機床造價降低，而且其剛性也高于同時車削幾個曲柄銷的車床。圓盤銑削法的缺點是刀具成本高，采用硬質合金刀片更是這樣。切削產生的沖擊往往造成刀片的崩缺，從而增加了更換刀片的時間。由于刀具切削刃與加工