发动机曲轴加工工艺流程是什么?

Question

如题所述

Answer 1

虽然曲轴的品种较多，结构上一些细节有所不同，但加工工艺过程大致相同：

1、曲轴主轴颈及连杆颈外铣加工，在进行曲轴零件加工时，由于圆盘铣刀本身结构的影响，刀刃与工件始终是断续接触，有冲击；

2、因此，机床整个切削系统中控制了间隙环节，降低了加工过程中因运动间隙产生的振动，从而提高了加工精度和刀具的的使用寿命；

3、曲轴主轴颈及连杆颈磨削，跟踪磨削法是以主轴颈中心线为回转中心，一次装夹依次完成曲轴连杆颈的磨削加工（也可用于主轴颈磨削），磨削连杆轴颈的实现方式是通过CNC控制砂轮的进给和工件回转运动两轴联动，来完成曲轴加工进给。

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Answer 2

曲轴加工工艺及工装夹具设计
曲轴是汽车发动机的重要零件。它的作用是把活塞的往复直线运动变成传动轴的旋转运动，将作用在活塞的气体压力变成扭矩，用来驱动工作机械和发动机各辅助系统进行工作。曲轴在工作时承受着不断变化的压力、惯性力和它们的力矩作用，因此要求曲轴具有强度高、刚度大、耐磨性好，轴颈表面加工的尺寸精确，且润滑可靠。
发动机的五大核心零部件有：缸体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴，曲轴是其中之一，它被形象的称之为“内燃机的心脏”。曲轴是一种异形轴，发动机工作时，连杆和曲轴相互配合，将作用在活塞上的气体压力转化为旋转的扭矩，然后传送给底盘的一种传动机构，最后驱动汽车前行，同时还会驱动其它辅助装置，如配气机构、发电机、水泵、风扇等。曲轴在工作时承受着不断变化的压力、惯性力和它们的力矩的作用，因此曲轴被要求同时具有高强度、高刚度和高耐磨性，轴颈表面加工的尺寸需要十分精确，且工作时润滑良好。柴油发动机曲轴大批的加工工艺以及加工时的夹具设计和装配是本设计的主要设计内容：曲轴的工艺分析；选择毛胚及其制造方法，并且确定加工余量和切削用量；确定铣曲轴定位面时所用的夹具；完成发动机曲轴的零件设计，分析其加工工艺规程；完成发动机曲轴的关键工艺夹具设计，并完成装配图，及关键零件的零件图的绘制。
1 绪论
空谈误国，实干兴邦。在金融业和互联网高速发展，在各种基建如雨后春笋般涌现的今天，制造业显得更加重要。曲轴是发动机的的关键部件，其质量直接决定了的发动机质量，而工艺设计连接产品和产品制造的重要纽带。没有正确合理的工艺设计，就不可能经济而有效地将图纸变成合格产品。工艺设计得不好，往往会造成加工质量达不到产品要求，从而导致过量的废品或返修品、过多的在制品、过低的产量和过高的成本。反之，工艺设计正确，则必能在规定的计划期限内，以最低的成本生产出一定数量的设计所需的优质产品
1.1研究目的及意义
研究发动机曲轴加工工艺的目的和重要性主要体现在以下几个方面。
提高发动机性能：发动机曲轴是发动机的关键部件，其加工质量直接影响发动机性能。通过研究曲轴加工工艺，可以提高曲轴加工精度和表面质量，从而提高发动机功率，降低油耗和磨损，从而提高发动机整体性能。
延长发动机寿命：研究曲轴加工工艺有助于减少因运行过程中曲轴疲劳和磨损造成的损坏，从而延长发动机的使用寿命。
提高生产效率：通过研究曲轴加工工艺，可以优化加工工艺，提高加工效率，降低生产成本。这对于提高公司在市场上的竞争力至关重要。
促进相关技术的发展：研究曲轴加工技术可以促进曲轴加工设备、刀具、测量仪器等相关技术的发展，促进整个制造业的发展。技术人员培训：学习曲轴加工工艺有助于提高相关领域技术人员的专业素质，培养更多技术人员，为行业发展提供人才支持。
总之，研究发动机曲轴加工工艺对提高发动机性能、延长使用寿命、提高生产效率、促进相关技术发展和培养技术人员具有重要意义。

1.2 国内外研究现状
上海交通大学褚守云[1]对曲轴加工工艺现状和发展趋势进行了比较详尽述，结合16V280曲轴现有加工工艺及存在加工质量问题进行了较详细的分析。通过对滚压工艺在难以加工材料中的应用研究，得到了一组适宜42CrMoA调质钢的滚压工艺参数，并通过改进通、盲孔的加工工艺，将滚压工艺成功应用到曲轴斜油孔、法兰孔的加工。天津大学机械工程学院张洪波[2]以CY4102 型柴油机曲轴为例，通过对该曲轴设计尺寸与经验公式比较，分析其设计合理性；着重分析了目前常用的曲轴强化手段和朝柴的曲轴氮化工艺，通过对各种强化手段的比较，提出不同曲轴应采用不同的强化手段；并经过对朝柴现行曲轴加工工艺的介绍，与世界先进加工工艺作比较，对朝柴现行曲轴工艺提出改进方向。
吉林大学张纪[3]研究和开发了在广西玉柴机器股份有限公司生产的YC6108ZQ上首先试用的是一种高强度和高韧性的球墨铸铁曲轴材质—正火球墨铸铁QT800-6。山东大学王剑[4]研究表明从最近几年的汽车销量增长速度来看我国的汽车市场潜为绝对是非常巨大的。
国内、外对其研究开发都很重视[5]，曲轴作为发动机的一个重要零部件。欧美汽车工业发达的国家，经过多年的经验积累，对曲轴的结构已经有了可套用的经验公式，一般经过计算机三维设计[5]，再通过计算机模型模拟测试系统对曲轴的各项强度指标进行分析，使曲轴还未生产初期以达到完美的设计。在加工工艺[6-7]方面，国外大多采用了先进的数控设备为主，精度好，效率较高。
在全球市场上[8-10]，欧美汽车工业发达的国家，经过多年的积累，对曲轴的结构已经有了可套用的经验公式，一般经过计算机三维设计，再通过计算机模型模拟测试系统对曲轴的各项强度指标进行分析，使曲轴在初期达到完美的设计。在加工工艺方面，国外大多采用了先进的数控设备为主，精度好，效率较高。曲轴生产与开发能力较强的企业主要有：德国蒂森克虏伯、日本住友、印度巴勒特等少数几家巨头，给全球各大汽车制造商的发动机供应商进行配套，它们凭借领先的综合研发和制造实力占据了国际曲轴市场的大部分市场份额。
虽然国内生产曲轴的厂家比较多，但整体规模较小、设备较为陈旧、产品质量和技术水平差异较大，差距也较为明显，甚至还满足不了我国发动机工业技术发展要求。近年来，国内汽车发动机曲轴专业生产厂家主要通过引进技术消化吸收再自行研发，总体水平有了很大的提升。
2 零件分析
2.1 零件的作用
曲轴、连杆曲轴、气缸、活塞和气门是内燃机的五大核心部件，曲轴是内燃机中的重要部件之一，它可以看作是内燃机的心脏。曲轴工作时。曲轴通过连杆与活塞相连，当活塞在气缸内上下运动时，连杆带动曲轴旋转就形成了活塞的往复直线运动转化为旋转运动，驱动汽车的传动系统。
曲轴还需要承受内燃机工作时产生的巨大转矩惯性力，因此曲轴的材料选择通常为高强度的材料制作，以确保其可靠性和耐久性。
2.2 曲轴零件的分析
曲轴一般由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成[11]。一个主轴颈、一个连杆轴颈和曲柄组成一个曲拐，曲轴的拐数等于气缸数（直列式发动机）；V型发动机曲轴的去拐数等于气缸数的一半。
曲轴主轴颈是曲轴的支撑部分，通过主轴承支撑在曲轴箱的主轴承座中，主轴承的数目不仅与发动机气缸数有关，还取决与曲轴的支撑方式。本次设计主要针对的是直列式发动机。

图2-1曲轴零件图

3发动机曲轴机械加工工艺编制
3.1发动机曲轴机械工艺方案的拟定
曲轴的机械加工工艺特点除了具有轴的一般加工规律外，也有它的工艺特点，主要包括形状复杂，刚性差及技术要求高，针对这些特点应采取相应的措施，分析如下：
1、形状复杂曲轴主轴颈与连杆轴颈不在同一轴上线，偏心距有一定的尺寸要求，并且两轴有较高的位置度要求，同时主轴颈与连杆轴颈间有较大的平衡块，因此在工艺设计中应解决以下几点问题：
（1）设计加工连杆轴颈的偏心夹具，即连杆轴颈与机床主轴重合，并使夹具能回转180度，加工另一连杆轴颈。
（2）为消除加工时的不平衡力的产生，设计夹具时应精确设计平衡重。
2、刚性差 因本曲轴长径比较大，同时具有曲拐，因此刚性较差。曲轴在切削力及自重的作用下会产生严重的扭曲及弯曲变形，特别在单边传动的机床上加工更为严重，在工艺设计中应解决以下问题： 
（1）粗加工时由于切削余量大，切削力也较大，可用中间托架来增强刚性，减小变形和振动，同时机床刀具及夹具都应有较高的刚度。 
（2）在加工时尽量使切削力的作用相互抵消，可用前后刀架同时横向进给。 
（3）合理安排工位次序以减少加工变形，按先粗后精的原则安排加工工序，逐步提高精度。
（4）在有可能产生变形的工序后面增设校直工序。 
3、技术要求高 曲轴技术要求较高，加工面多，需要保证的尺寸、形状、位置精度较多。因而总的工艺路线较长，精加工占有相当比例。加工时应要解决以下问题：
（1）正确分配粗加工、半精加工及精加工余量。
（2）粗基准选择用曲轴两端的中心孔。中心孔的加工以主轴颈外圆作为基准，这样能保证曲轴加工径向及轴向加工余量的均匀性。
（3）精加工时仍用中心孔作为基准，但要重新修磨中心孔，避免精加工时因中心孔磨损引起加工误差。也可一端用主轴颈定位，另一端用中心孔定位以提高刚度。
（4）曲轴轴向定位以主轴颈轴肩定位，工艺设计时定位基准应尽量与设计基准一致。
3.2发动机曲轴机械工艺加工方案的对比
当用于同一内容的几种工艺方案均能保证所要求的 质量和生产率时，一般可通过经济评比加以选择。
零件生产成本的组成如表所示，其中工艺过程有关的那一部分成本称为工艺成本，而与工艺过程无直接关系的那一部分成本，如行政人员工资等，再工艺方案经济评比中不予考虑。
6设计总结
本设计是根据被加工曲轴的技术要求，进行机械工艺规程的设计，然后运用夹具设计基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计。主要工作有：绘制产品零件图，了解零件结构特点和技术要求；根据生产类型和所在企业生产条件，对零件进行结构分析及工艺分析；确定毛坯种类及制造方法；拟定零件机械加工工艺过程，选择各工序的加工设备与工艺设备，确定各工序的加工余量与工序尺寸，计算各工序的切削用量与工时定额；填写机械加工工艺过程卡片等工艺卡片；设计指定的专用夹具，绘制装配总图和主要零件