下述为国内某汽车厂具有代表性的卡车曲轴生产工艺。(六缸柴油发动机)
工艺路线为:
质量中心孔外委加工。
——OP10车后端面法兰面及第七主轴颈(机床CK6154/1500)
——OP20车前端面及第一主轴颈面及割槽(机床CK6154/1500)
——OP30打标(打标机)
——OP40内铣主轴颈、连杆颈(粗加工、机床RFK200/1250)
——OP50内铣曲轴颈、连杆颈(精加工、机床RFK200/1250/2)
——OP60钻直油孔、斜油孔及孔口倒角(油孔钻削加工中心BW250-2)
——OP70修磨油孔口去毛刺
——OP90感应淬火(设备AKWH-F淬火机)深度4MM
——OP95热校直(回火炉)
——OP97线切割
——OP100回火
——OP110修两端中心孔及两端孔加工(设备V500-1200加工中心)
——OP115中间检验
——OP120粗磨1、3、4、5、7主轴颈和精明油封轴颈
——OP130精磨1~6档连杆颈
——OP140磨2~6档主轴颈
——OP150精磨止推档轴颈和第一主轴颈
——OP160精磨小头法兰面外园
——OP170精磨大头法兰面外园
——OP180荧光磁探伤
——OP190修磨油孔口毛刺去尖角
——OP200动平衡
——OP220抛光所有主轴颈连杆颈及外园
——OP240终检。
根据以上工艺过程看出:通常我们见到的小型车曲轴加工工艺和大型卡车曲轴加工工艺有很大的区别,
并且在完全冷加工过程中的刀具主要消耗上有所区别,大致可以分为三部分,即车削刀片、内铣刀片、和
整体硬质合金孔加工刀具。刀具消耗量主要在OP10、OP20、OP40、OP50及OP60工序加工中涉及到的数控刀具的消耗上。内铣工艺在刀具消耗上同样具有消耗量大的特点。下面就以上三个部分对刀具品种以及刀具使用特点进行概述:
1(根据客户生产线的特点,在车削部分,大部分都为标准刀片,基本为C型、D型、V型刀片和6MM宽的切槽刀,其中在粗精加工方面再进行细分。使用的机床为CK6145CNC,柔性较高。由于零件较大,车削加工线速度一般较低,基本控制在150m/min以下,此工序由于切削速度较低,体现刀具性能的主要方面为刀具的断屑性能,因此槽型的选择在该工序为主要选择重点。国外某刀具公司的刀片在这部分的应用主要体现为其老槽型在断屑上基本能控制螺旋状的铁屑,但断屑不能完全解决,特别是6MM宽切槽刀的断屑问题不能解决,目前我们采用了公司的黑金刚刀片牌号和-PM断屑槽型,-PM槽型在低速加工时断屑情况较好,所以目前客户一直使用钻石品牌刀片,在产品性价比上能够占有绝对的优势。
2.内铣工序主要为内铣连杆颈、曲轴颈、配重块外园及侧面加工。在进行该序时,刀片全部参与切削,德国HELLER机床公司开发的数控曲轴内铣机床,效率较高,切削速度在300m/min以上、刀具磨损比较快,对刀片的要求主要体现在刀片的一致性要好,安装精度要达到要求.粗精铣刀片的端跳都要控制在0.02mm以内,要求刀片的磨损一致,全盘刀片要求统一更换,实现刀片的合理消耗。目前使用的内铣刀片还是以进口刀片为主,其中共计有5款刀片,全部属于非标产品,控制主轴颈、连杆轴颈直径误差为?0.07m
m,轴颈宽度误差为?0.05mm,圆度误差为0.08mm,圆柱度误差为0.08mm,轴向尺寸误差为?0.1mm,连杆轴颈分度误差为0.1mm,表面粗糙度为Ra12.5μm曲轴内铣刀盘具有断屑性能好加工效率高的特点。
目前我公司已经开发了该系列刀片并成功替换了原用进口刀片,在不影响生产效率的前提下为客户降低了制造成本。
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曲轴内铣刀盘图片(一组7个)
3.孔加工刀具,曲轴小头和法兰头的螺纹底孔以及螺纹加工采用了专机一次加工完成,钻削中心机床左右各有主轴进行双主轴加工,加工效率较高,在刀具选择上各有千秋,在加工42CrMoA材料上对刀具的要求主要是断屑和加工性能的稳定,进口刀具略显优势。主要问题为钻头加工过程中的断屑和崩刃问题,很多刀具厂家在该工序试用都出现此问题,究其原因主要是客户加工材料的不稳定而造成,国产料和进口料有很大的区别,在加工上也有很打的差别。
曲轴端面孔加工机床刀具库图片。
我司整体硬质合金钻头在客户试用的效果和进口品牌刀具不相上下,有很好的断屑和切削性能,在客户中有很好的评价,正逐步扩大在曲轴该类孔加工刀具应用的市场占有率。
曲轴加工在汽车行业有举足轻重的地位,尽管曲轴加工工艺复杂但其材料并不复杂,尤其是卡车曲轴还只有锻钢材料。只要根据客户的加工要求合理的选择标准车削刀具,并能够有针对性的开发曲轴铣削刀具系列以及非标整体硬质合金孔加工刀具,就能够在曲轴加工中有很好的发挥,目前钻石品牌刀具在同行业中有着很好的声誉,随着客户对降低成本的要求日益提高,我公司将努力为客户提供越来越多的刀具国产化优化解决方案。
解析汽车曲轴加工工艺[Word文档]
解析汽车曲轴加工工艺
关键字: 解析汽车曲轴加工工艺
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摘 要:笔者结合实际工作经验,主要探讨当前主流曲轴生产加工的工艺路线,采用的主要加工设备及优缺点,同时各种曲轴加工过程中容易出现的问题。
关键词:发动机曲轴 工艺分析 工艺设计 应力 加工设备
1、概述
随着经济发展,制造水平的进步,乘用车逐步在家庭生活中的地位也越来越明显。汽车心脏部分是发动机,而发动机的组成部件之一曲轴,是运用燃烧气体产生的动力,推动活塞进行直线运动转变成回转运动的桥梁。曲轴的旋转运动是整车或发动机的动力源,曲轴在工作中承受交变载荷,主轴颈和连杆颈圆角过渡处属于曲轴强度的薄弱环节,长期的高速旋转运转和较大的交变负荷应力将造成曲轴圆角处产生裂纹或断裂。因此曲轴的寿命是发动机考核的关键指标之一,所以保证曲轴加工基准各轴颈加工精度及刚性,是备受关注的。
2、曲轴材料、工程规范
曲轴工作状态,主轴颈作用于支撑整个曲轴,而连杆颈则与连杆相连,带动连杆活塞做上下往复运动。
曲轴常用材料有:球墨铸铁、合金钢。对于汽油机曲轴和小型柴油机曲轴,由于功率较小,曲轴毛坯一般采用球墨铸铁和优质碳素钢;中、重型柴油机曲轴毛坯一般采用合金钢。曲轴的材质首先得满足结构设计和加工工艺正确合理,主要是材料强度决定曲轴的体积、重量和寿命。
曲轴的工程规范主要包括曲轴轴颈的材质性能、滚压条件、疲劳强度、尺寸精度、表面粗糙度以及清洁度要求
等。材质性能主要通过曲轴的材料以及机械加工过程中的强化处理来保证,曲轴表面粗糙度决定曲轴磨损情况的好坏,当前曲轴的主流表面的粗糙度要求在Ra0.2或Ra0.15同时在曲轴止推面粗糙度要求Ra0.4的基础上增加了Tp值要求,Tp值的要求相当于模拟汽车在磨合期过后止推面实际承受面积占总面积的百分比。
3、主要工艺介绍
曲轴属细长杆件零件,在加工中极易产生变形,这就需要在进行加工工艺设计时,根据曲轴的材料、技术及质量、生产能力等要求,综合考虑加工方案。
3.1心孔的加工
曲轴的中心孔是曲轴加工过程的重要定位基准,曲轴常见的中心孔加工方式为几何中心孔和质量中心孔。
以曲轴毛坯轴颈的外圆定心加工出的中心孔称为几何中心孔,由于几何中心孔的加工工艺简单、设备价格低,因此国内目前大多采用几何中心孔,但对毛坯质量差的曲轴的动平衡影响较大。
以曲轴毛坯的旋,D质量中心加工的中心孔称为质量中心孔,质量中心孔的加工是寻找出曲轴的质量中心线后,在曲轴两端加工出中心孔,使其两端加工出中心孔的轴线与曲轴的质量中心线重合。采用质量中心孔定位加工曲轴的主要优点为:减少曲轴动平衡时的去重量,提高动平衡的合格率,降低去重工序的加工节拍,改善曲轴内部质量补偿;缺点为:设备造价高,中心孔坐标需根据毛坯质量而进行不定期调整。
3.2 轴颈的粗加工
传统的加工工艺设计为主轴颈及连杆轴颈的粗加工均采用车削工艺,即同时使用多把刀具一次完成轴颈的粗加工。曲轴车削机床径向切削轴颈的方式,效率较高,但存在变形大、加工精度低、柔性差等缺点,已逐步被后开发出的 CNC车削、CNC外铣和CNC内铣等先进工艺所淘汰。
CNC曲轴内铣的加工方式是:当装有硬质合金刀片的内铣刀盘高速旋转径向切入至轴颈尺寸后,刀盘环绕轴一周完成曲轴扇形面、轴颈、圆角铣削。可在一次安装下及中心架支撑的条件下,依次铣削出所有主轴颈、连杆颈,因机床具有极大的柔性,适用于多品种生产,铣削过程中多个刀片参与切削,铣削力小,因而曲轴弯曲变形小,加工精度高。
3.3 曲轴油孔加工
曲轴油孔孔径较小且深,属深孔加工,因此加工难度较大,曲轴油孔加工早期采用摇臂钻加工,孔壁质量较差,刀具寿命较低,劳动强度大,无法满足大批量加工需求,后逐渐被组合机代替,虽说可以满足大批量生产需求,但是设备柔性较差,刀具寿命也相对较低,加工后工件质量保证度差,目前已逐渐采用枪钻加工,枪钻加工精度高,视不同的被加工材料和选用不同的切削用量可以一次加工出精度很高的孔。
3.4 曲轴强化工艺
为提高曲轴的强度、增加表面耐磨性,曲轴一般需要对轴颈表面、圆角等处进行强化处理,常用的强化工艺有淬火、滚压、氮化等。
3.5 轴颈的精加工
普通外圆磨削方式适用于曲轴主轴颈的磨削加工,而无法实现连杆颈的加工,传统的连杆颈的加工常采用偏心夹具定位夹紧加工连杆颈,但这样设备的柔性较差,加工精度较差,目前随着机床制造技术的发展,连杆颈的磨削则采用跟磨削法。跟磨削法是以主轴颈中心线为回转中心,一次装夹可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,来完成加工进给,从而减少设备费用,降低加工成本,提高加工精度和生产效率。
3.6 曲轴平衡去重
测量与校正曲轴动平衡机由测量工位、回转传输装置、钻孔校正工位组成;平衡测量,测量和显示不平衡量,自动分解计算钻孔数据,钻孔校正、不平衡量复检等动作全部为自动。
3.7 曲轴砂带抛光
磨削完成后需对轴颈和圆角进行抛光,以降低轴颈的表面粗糙度,提高表面质量,曲轴抛光根据磨削表面质量以及产品要求,采用不同粒度的砂带进行抛光。
3.8 曲轴清洗
曲轴清洗去除加工后表面残留,保证曲轴整体表面清洁,避免在装配过程因此引起的不必要的表面划上,并可一定成效上防止工件表面生锈。
4、曲轴加工过程中常见问题
曲轴在机加工过程中常见的问题主要有连杆颈宽度超差、轴颈圆度超差、连杆颈相位超差等。其中连杆颈宽度影响连杆的侧隙大小,离合器工作状态会使曲轴向动为输入端移动,如果侧隙过大会造成连杆颈侧面与曲轴连杆颈侧面碰擦,因此在加工过程中需要考虑对该尺寸的重点控制,同时还需要考虑强化处理对该宽度尺寸的影响等。轴颈的圆度直接影响轴瓦的局部磨损,该尺寸为曲轴中的一个重要特性。而圆度超差的根本原因分为磨床砂轮动平衡值偏大、磨削工序的定位基准尺寸(前后中心孔)不合格、工件夹紧装置问题。连杆颈相位指连杆颈的角向尺寸,该特性直接影响发动机的做功阶段和输入输出的衔接,因此也是曲轴的一个重要特性。相位超差的根本原因可分为粗精加工定位基准不统一、精加工定位基准质量不稳定,等等。
5、结束语
中国汽车产业的飞速发展,相应的新工艺、新设备、新材料也不断涌现,市场竟争也越来越激烈,作为发动机核心零件的曲轴,其制造工艺也将发生较大的变化,高速、高效、柔性、复合化的技术是曲轴制造发展的主要方向,先进
的曲轴生产线一定是生产线短、效率高、人员少、生产过程稳定、产品质量可靠的自动化生产线。
参考文献:
[1]孙浩然.浅谈曲轴的加工工艺[J].民营科技,2014(7).
[2]黄应勇,曾林.微型汽车曲轴加工工艺探究[J].沿海企业与科技,2010(9):25-27.
[3]文家斌.汽车发动机曲轴加工工艺探索[J].科技致富向导,2014(8):225-226.
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球墨铸铁汽车曲轴的加工工艺
球墨铸铁汽车曲轴的加工工艺
学 院 机电工程学院
专 业 机械类
年级班别 创新实验班12(1)
学 号 3112010453 3112010454 3112010455 3112010462
学生姓名 罗毓健 骆智伟
马欣华 冼文飞
指导教师 王成勇
2014年 6 月
摘 要
球墨铸铁具有优良的机械性能,已经大量用于制造强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁大量地应用于汽车发动机曲轴的加工生产,结合球墨铸铁的特性,本文讲述了球墨铸铁应用于曲轴的切削与磨削加工机理及其加工工艺,介绍了聚晶立方氮化硼(PCBN )刀具切削加工等温淬火球墨铸铁(ADI )时的特征。介绍了奇瑞公司曲轴的加工工艺以及几款相关的曲轴专用加工机床。
关键词:球墨铸铁,曲轴,ADI ,PCBN
目 录
1 球墨铸铁基本性质与应用 ........................................ 1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5 球墨铸铁的成分与组织结构 ...................................................................... 1 球墨铸铁的机械、物理、力学性能 .......................................................... 1 典型零件、应用场合 .................................................................................. 2 球墨铸铁曲轴加工批量和加工质量要求 .................................................. 2 小结 .............................................................................................................. 2
2 球墨铸铁切削与磨削加工机理 .................................... 2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5 等温淬火球墨铸铁(ADI )的切削与磨削可加工性简述 ........................ 3 铸铁应用于曲轴的主要切削、磨削去除过程 .......................................... 3 球墨铸铁的切削加工过程特征 .................................................................. 4 加工等温淬火球墨铸铁常用刀具 .............................................................. 5 曲轴加工工艺 .............................................................................................. 6
3 曲轴加工专用机床 ............................................. 12
3.1
3.2
3.3
3.4 曲轴质量定心机 ........................................................................................ 13 数控车-车拉机床 .................................................................................... 13 曲轴圆角滚压机床 .................................................................................... 13 绿色粗磨“扒皮”机床 ............................................................................ 13
参 考 文 献 . .................................................. 14
球墨铸铁汽车曲轴的加工工艺
1 球墨铸铁基本性质与应用
1.1 球墨铸铁的成分与组织结构
根据铸铁中石墨形态的不同,铸铁可分为以下四类:
(1)普通灰铸铁。石墨呈曲片状存在于铸铁中,简称灰铸铁或灰铁,是目前应用最广的一种铸铁。
(2)可锻铸铁。由一定成分的白口铸铁经过石墨化退火而获得。石墨呈团絮状存在于铸铁中,有较高的韧性和一定的塑性。
(3)蠕墨铸铁。铁水在浇注前经蠕化处理,使析出的石墨成蠕虫状存在于铸铁中,简称蠕铁。
(4)球墨铸铁。铁水在浇注前经过球化处理,使析出的石墨呈球状存在于铸铁中,简称球铁。
球墨铸铁由于通过球化和孕育处理得到球状石墨,有效地提高了铸铁的机械性能,特别是提高了塑性和韧性,从而得到比碳钢还高的强度。球墨铸铁除铁外的化学成分通常为:含碳量3.0~4.0%,含硅量1.8~3.2%,含锰、磷、硫总量不超过3.0%和适量的稀土、镁等球化元素。不同牌号的球墨铸铁的基体组织不同,一般含有铁素体,珠光体随着力学性能的提高铁素体含量减少,出现贝氏体和回火组织。
图1
1.2 球墨铸铁的机械、物理、力学性能
兼具优良的综合机械性能以及低廉的制造成本,球墨铸铁已经大量用于制造强度、軔性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁是铁液凝固时碳以石墨形式呈球状析出的铸铁。由于石墨以球状存在,避免因片状或尖角可能导致的应力集中,降低了石墨对基体的割裂作用,其强
度、塑性、初性均显著优于灰铸铁。球墨铸铁屈强比较高, 其强度质量比也优于铸钢。其中, 铁素体球墨铸铁具有优良的室温强度和初性, 广泛地应用于重要传动部件,如汽车曲轴、凸轮轴、齿轮、及高速铁路结构件等。然而,与结构钢材类似,铁素体球墨铸铁的塑性随着温度降低而下降,在一定温度下发生初性断裂向脆性断裂的转变。
1.3 典型零件、应用场合
一般用于内燃机、机床阀体、车辆轴瓦和机油泵齿轮、柴油机曲轴、凸轮、汽缸体、汽缸套、活塞环以及部分磨床、铣床、车辆的主轴、汽车的螺旋锥齿轮、拖拉机减速齿轮、柴油机凸轮轴等。
表1 各牌号球墨铸铁的用途距离
1.4 球墨铸铁曲轴加工批量和加工质量要求
随着球墨铸铁技术的发展,其性能也在不断提高,优质廉价的球铁已成为制造曲轴的重要材料之一。
曲轴作为柴油机的关键零件, 除了强度和韧性的要求之外,还需要较高的表面硬度, 以保证其耐磨性。球墨铸铁曲轴经各种处理后能满足其服役要求,这也是球墨铸铁被广泛用作曲轴材料的原因之一。热处理工艺有: 正火+ 中频淬火,正火+ 氮化或等温淬火。此外,为了提高曲轴的疲劳强度,广泛采用圆角强化手段,其中应用多且效果好的是圆角滚压,圆角滚压和其他热处理工艺的复合强化更能较大幅度地提高曲轴疲劳强度
1.5 小结
球墨铸铁以其优良的物理和力学性能,在曲轴的生产制造中得到广泛应用。随球墨铸铁熔炼与合金化技术及等温淬火球墨铸铁的发展,球墨铸铁性能不断提高。采用球墨铸铁取代锻钢生产发动机曲轴可节约成本,从而成为曲轴生产的发展趋势。对中小功率发动机曲轴的生产可采用铸态珠光体球墨铸铁,或附加表面强化工艺;而等温淬火球墨铸铁以其优异的力学性能,在大功率发动机曲轴制造中将发挥更大的作用。
2 球墨铸铁切削与磨削加工机理
2.1 等温淬火球墨铸铁(ADI )的切削与磨削可加工性简述
等温淬火球墨铸铁(ADI )是近三十多年发展起来的新一代球墨铸铁材料,被誉为材料领域的高科技,在国内外各工业部门都获得了广泛应用。
等温淬火球墨铸铁作为发动机曲轴材料(如图2.1),具有高强度、高韧度、高耐磨性等综合机械性能可以替代锻钢材料用于轿车及载货车发动机曲轴。然而,高强度、高硬度和高韧性使等温淬火球墨铸铁在切削加工时切削刃口受到更高的应力, 造成一定困难。但是,根据等淬球铁特有的金属基体组织和力学性能,选择合适的刀具,调整和优化刀具及加工参数,等淬球铁完全可以成功地进行切削加工。
图2.1
2.2 铸铁应用于曲轴的主要切削、磨削去除过程
2.2.1 铣曲轴两端面,钻中心孔
本过程在钻铣车组合车床上完成,主要保证曲轴总长及中心孔的质量。若端面不平会导致中心钻上的两切削刃的受力不均匀,钻头可能引偏而折断,因此采用先面后孔的原则。中心孔除影响曲轴质量分布外,还是曲轴加工的重要基准。贯穿整个曲轴加工始终,因而直接影响曲轴加工精度。打中心孔在本次工艺设计中因考虑设备因素,采用找出曲轴的几何中心代替质量中心。打中心孔以毛坯的外表面作为基准,因而毛坯外表面质量好坏直接影响孔的位置误差程度。
2.2.2 曲轴主轴颈的车削
主轴颈加工采用车削,在刚度较强的普通车床上进行。曲轴安装在前、后顶尖上线一端用大盘夹住而另一端用顶尖顶住,用硬质台金车几道工序上完成主轴颈的车削。由于加工余量大且不均匀,旋转不平衡,加工时产生冲击,因此工件要夹牢固。车床、刀具、夹具要有足够的刚性。主轴颈车削顺序是先精车一端主轴颈及轴肩,然后以车好的主轴颈定位。另一侧用顶尖以中心孔定位。车另一端主轴颈、肩及各个轴颈,半精度及精车都按此顺序进行,逐渐提高主轴颈及其他轴颈的加工精度。
2.2.3 曲轴连杆轴颈的车削
主轴颈及其他外圆车好后,以主轴颈作为加工连杆轴颈的基准,采用专用的车夹具、车削连杆轴颈,车削同样在普通车床上进行。车削连杆轴颈需要解决的是角度定位(2个连杆轴颈轴线需要控制在180°+30°或180°-30°) 以及曲轴旋转的不平衡问题。这些都由专用夹具来保证,夹具为一对用以定位的“V ”形块组成,装在接盘上。接盘与车床过渡接盘靠
中间的定位销定位并连接,接盘在过渡接盘上靠棱形定位销可转180°,依次车削2个连杆轴颈。“V ”形块中心与车床主轴线距离一个曲轴半径。车削过程中,一端与曲轴主轴颈定位并夹紧,另一端靠偏中心座夹紧,中心座上钻有中心孔,中心孔偏心距同样为一个曲轴半径。用顶尖顶紧中心孔,这样就能保证连杆轴颈轴线与车床主轴线一致。安装夹具体的接盘上有平衡块,消除曲轴旋转时不平衡力矩的生成。曲轴加工时由于受到离心力和两顶尖的轴向压紧偏心力的作用,容易发生弯曲变形,为了加强工件刚度,用撑杆来撑住另一个曲拐的开移。车削连杆轴颈时为了使切削力不至于太大,每次车削余量控制在1~1.5 mm内,同时车床旋转不能太高,刀具采用高速钢。
2.2.4 键槽加工
这个键槽主要用于飞轮,加工此键槽应安排在主轴颈车工序之后,这样能保证定位精度和控制键槽的深度以及对称度。键槽加工是以两主轴颈定位,同样用专用夹具在普通铣床上进行。
2.2.5 轴颈的磨削
由于主轴颈及连轩轴颈精度较高,尺寸精度为IT6级,表面粗糙度为1.6~0.8 μm ,并且具有较高的形状精度及位置精度。因此主轴颈与连杆轴颈精车后要进行磨削,以提高精度表面粗糙度。
在工艺设计中,首先磨主轴颈然后磨连杆轴颈。中间主轴颈磨好后才能磨其余轴颈,磨主轴颈和连杆轴颈的安装方法基本上与车轴颈相同,磨主轴颈是以中心孔定位,在外圆磨床上进行,磨连杆轴颈则以经过精磨的两端主轴颈定位,以保证与主轴颈的轴线距离及平行度要求,磨连杆轴颈是在曲轴磨床上进行的。
由于轴颈宽度不大,采用横向进给磨削法,生产率较高,磨轮的外形需仔细地修整,因为直接影轴颈与圆角的形状,磨削余量根据车削后的精度而定,粗磨余量值每边0.2~0.3mm,精磨余量控制在0.1~0.15mm以内。
2.3 球墨铸铁的切削加工过程特征
2.3.1 切削力、切削温度、切削震动分析
切削试验在CA6140 车床上进行,用瑞士Kistler9257B 型测力仪、Kist ler 5807A 型电荷放大器、Kist ler 9403型刀架和计算机组成的切削力数据采集系统进行三向切削力的测量。由于切削速度是影响刀具切削性能的最主要因素,故本实验只改变切削速度。具体切削参数分别为进给量f=0.15mm*r-1 ,切削深度ap= 0.2mm,五种切削速度v1-v5 = 164, 129, 102, 82,46m*min-1。
图2.3.1
上图为各刀具在切削过程中切削力的变化。低速切削时切屑为块状,刀具震动较严重, 虽然刀尖处存在积屑瘤,但是极不稳定;并且ADI 的硬度较大, 所以切削力较大。随着速度的提高,切削温度升高,工件材料硬度降低而强度增加,切屑形态由块状向带状转变, 切削力趋于稳定,切屑底层抗剪强度减小,使得切削力有减小的趋势;高速切削时刀屑接触表面发生了变化使得切削力有所不同。
在硬态切削加工中,切削速度的变化对切削力的影响主要有两方面:(1)速度增大,切削温度升高,黏结、扩散磨损严重,使刀具与切屑、工件间的摩擦力增大,切削力变大。(2)切削温度随速度增大而升高,发生金属软化效应,工件材料塑性增加,流动应力减小,使切削力降低。
ADI 的导热性比球墨铸铁和钢稍低一些,因而与球铁、灰铁和铝相比,其工件与刀具的接触面将会更热一些。利用大剂量的冷却液可以减弱这种作用,如果采用干切削,必须使用耐高温的刀具。ADI 的屈服强度高于大部分钢,但是它的杨氏模数比钢低20%,因而在机械加工时易产生振动。故加工时要求有刚性好的工件和刀具夹持装置,以避免切削时产生振动,这会促使刀具加速磨损、降低工件表面光洁度,并使尺寸偏差增大。
2.3.2 切屑形态与处理
ADI 在切削时会产生致密、断续的切屑,切屑易碎易断,大多呈崩碎屑。ADI 切削加工性能较DI 差,刀具磨损较为严重。
图2.3.2
2.4 加工等温淬火球墨铸铁常用刀具
2.4.1 聚晶立方氮化硼刀具加工等温淬火球墨铸铁
等温淬火球墨铸铁( ADI) 硬度大、强度高, 在切削加工时会产生大量的热量, 属于铸铁类中最难加工的材料之一。使用硬质合金刀具和陶瓷刀具来加工ADI 时刀具磨损严重, 使用寿命短。而聚晶立方氮化硼( PCBN) 材料硬度高、耐磨性好, 用它制成的PCBN 复合刀具用于铸铁类材料的加工范围越来越广。由于切削铸铁类工件时刀具的磨损形式主要为高温条件下引起的化学磨损,因此降低切削时刀具的温度是保证PCBN 复合刀具加工质量和切削性能的必要手段。PCBN 刀具切削过程中刀-屑间的摩擦是切削热产生的主要原因,因此减小刀具的摩擦因数,对减小切削热、降低刀-屑间的摩擦有重要的意义。所以切削铸铁类工件的PCBN 复合刀具不仅要有高的热导率, 还要有低的摩擦因数。
2.4.2 各公司PCBN 刀具对比
选用国内外产四种切削铸铁的PCBN 复合刀具,刀具几何角度相同( 前角γ0= 0°, 后角α0= 6°, 刀尖圆弧γε= 0. 8 mm, 负倒棱- 15°* 0. 20 mm) 。
表2 各公司PCBN 刀具成分对比
2.5 曲轴加工工艺
2.5.1 曲轴的组成
曲轴由一下结构组成:(1)曲轴前端(小头);(2)由连杆轴颈、曲柄臂及主轴颈组成的曲拐;(3)曲轴后端(法兰)
图2.5.1
2.5.2 有关曲轴定位基准的选择
精基准的选择,曲轴与一般的轴类零件相同,最重要的精基准是中心孔。曲轴轴向的精
基准一般选取止推曲轴径向定位一般选取平衡块的定位平台或法兰上的定位孔。
粗基准的选择,曲轴的毛坯一般呈弯曲状态,为了保证两端中心孔都能钻在两端面的几何中心上,粗基准选择靠近两端的轴颈(1、5主轴颈); 轴向定位基准一般选择中间主轴颈两边的曲柄。因为中间主轴颈两边的曲柄处于曲轴的中间部位,用作粗基准可以减小其它曲柄的位置误差。
2.5.3 奇瑞公司发动机曲轴加工工艺
OP10 铣两端面
图2.5.2
OP20 钻质量中心孔
质量中心孔:当物体绕一轴线旋转时,如果对外未表现出力的作用,那么这一轴线称为该物体的质量中心线,再按此质量中心线钻出中心孔,这样的中心孔称为质量中心孔。 几何中心孔:中心孔位于几何轴线上,这样的孔称为几何中心孔;比较:质量中心孔先要对曲轴进行动平衡找出曲轴的质量轴线,可以减少曲轴动平衡时的去重工作量,提高动平衡的合格率。但质量定心机床要比普通几何中心孔机床的价格贵得多。
图2.5.3
OP30 铣传送搭子
图2.5.4
OP40车与主轴颈同轴的所有轴颈。
采用中心孔定位,驱动采用第三连杆轴颈上的传送搭子。使用成型刀具,加工效率高,但刀具寿命低。
图2.5.5
OP50车全部连杆轴颈。
1,5 主轴颈定位、夹紧驱动,止推面轴向定位,第一平衡块侧面定角向。靠模车削方式。
图2.5.6
OP60加工所有油孔
图2.5.7
OP70加工小头的螺纹底孔、攻丝;加工法兰上的导向孔,螺纹孔和工艺销孔。
图2.5.8
OP80粗精磨所有主轴颈和法兰
图2.5.9
OP90粗精磨所有连杆轴颈,1,5主轴颈定位夹紧,法兰工艺孔角向定位、驱动
图2.5.10
OP100磨小头(油泵、油封、皮带轮轴颈)
图2.5.11
OP110精车止推面、油泵传动面,键槽,精镗导向孔
图2.5.12
OP120动平衡去重
(1)动平衡:发动机在稳定工况运转时,如果传给支撑的作用力的大小和方向不随时间而变化,这种状态称为动平衡。
(2)发动机的动平衡包括:惯性力系的平衡性和扭矩的平衡性。
(3)静平衡:旋转质量系统在静平衡器上能够随遇平衡,即系统的质心位于旋转轴线上。 曲轴工作时,它的各个质点都有离心惯性力。理想的情况是惯性力都能在曲轴内相互平衡,不传递到支承上。但曲轴的质量分布不是均匀的,旋转时离心力系不能平衡,也就是说曲轴的不平衡现象是以主轴颈轴线为中心的质量分布不对称引起的惯性力所致。
曲轴的不平衡,破坏了发动机的平稳运转,产生振动和噪音,加剧磨损,影响发动机的工作和使用寿命。
曲轴的平衡去重包括两个部分:不平衡量的检测;不平衡量的修整。
不平衡量的单位:
F =mrw2,由于mr 是物体本身的性质决定的,不随转速的变化而变化,用mr (g.mm )
作为不平衡量的单位。
图2.5.13
OP130抛光
图2.5.14
OP140清洗
3 曲轴加工专用机床
发动机曲轴加工机床的高效专用性是曲轴制造装备的一大典型特征,“高效专用”对机
床的基本要求是高刚度、高速度、大功率。高效专用机床的基本特征是量体裁衣型,即按照用户需求提供个性化产品.
3.1 曲轴质量定心机
曲轴属于细长类零件,加工过程中主要定位基准是两端中心孔。按其加工位置可分为两种:几何中心和质量中心。几何中心就是利用双V 形块或其他方式找出曲轴支承轴颈的几何中心,在此中心上加出的中心孔称为几何中心孔;质量中心是利用专门的质量定心机测出曲轴的质量中心,在此中心上加工出的中心孔称为质量中心孔。由于毛坯的几何形状误差和质量分布不匀等原因,一般两者并不重合。国外大都采用了质量中心孔,利用专门设计的测试设备来测试质量中心,然后加工出中心孔,
全自动曲轴质量定心机的工作原理是:曲轴放置在两端滑动单元法兰盘的支撑上并被夹紧,法兰盘回转中心形成测量中心线。回转过程中,支撑的位置即曲轴的位置不断调整,使质量中心线靠近回转中心线。当曲轴毛坯不平衡量很小,接近设定值时,钻削单元钻中心孔。此中心孔作为后续加工步骤的定位基准。
3.2 数控车-车拉机床
车拉技术是起源于美国的一项技术专利,在曲轴加工中逐渐得到发展。目前应用较为普遍,在国外大量用于半精加工曲轴的主轴颈和连杆轴颈。车拉技术加工形式可分为三种:直线车拉、内环刀具旋转车拉和外环刀具旋转车拉。
1988年发展的车-车位工艺,到目前为止其拉削方法也逐步改为梳刀工艺代替。其主要特点有:一次设定能完成所有同心圆的车削,具有在同一台机床上完成车-车拉加工、高效率、通过使用特殊卡盘和刀具系统实现柔性加工、机床保养简便及维护成本低等优点,特别适用于平衡块侧面不需加工、轴颈有沉割槽的曲轴。其中拉削工艺可用高效的梳刀技术代替,梳刀加工通常放到该工序的最后工步,通过微量的径向进给和纵向车削实现高速精加工。采用梳刀工艺的优点在于精度高、效率高、切屑易清理、轴向进刀量小等。
3.3 曲轴圆角滚压机床
曲轴工作时需承受较大而复杂的冲击载荷,对抗疲劳强度有较高的要求。曲轴轴颈与侧面的连接过渡圆角处为应力集中区,也是曲轴疲劳破坏的敏感区域,是薄弱环节。因此,国外发展了圆角深滚压技术
代替成形磨削方式。曲轴的圆角滚压,就是利用滚轮的压力作用,在曲轴的主轴颈和连杆轴颈过渡圆角处形成一条滚压塑性变形带,这条塑性变形带具有以下特点。
(1)产生残余压应力 可与曲轴在工作时的拉应力抵消或部分抵消,从而提高疲劳强度。
(2)硬度提高 滚压使圆角处形成高硬度的致密层,使曲轴的机械强度和疲劳强度得到提高。
(3)表面粗糙度值降低 圆角滚压可使圆角表面粗糙度值R a达到0.1 m以下,从而大大减小了圆角处的应力集中,提高了疲劳强度。
国外应用的曲轴圆角滚压技术已相当先进,可一次对所有圆角进行滚压完成,且可做到主轴颈与连杆轴颈圆角的压力不同,同一连杆轴颈圆角在不同方向上的压力也可不同。这样可经济地达到最佳的滚压效果,最大限度地提高曲轴的抗疲劳强度。
3.4 绿色粗磨“扒皮”机床
英国L a n d i s公司生产的C B N数控曲轴粗磨机床,被称作“绿色粗磨”,超越传统的
“扒皮法”磨削,一次装夹从毛坯到磨削完毕,耗时仅4~6m i n。采用电镀C B N砂轮,从锻件或铸件直接粗磨,磨削线速度高达200m/s,磨削效率超过500m m3/s,4m i n磨削余量高达7k g以上,可以取代铣床或车床加工,出现了“以磨代车”的局面。
参 考 文 献
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微型汽车曲轴加工工艺探究
微型汽车曲轴加工工艺探究
作者:黄应勇, 曾 林
来源:《沿海企业与科技》2010年第09期
[摘要]曲轴是发动机中关键零件之一, 它的制造质量直接影响着汽车发动机的性能和安全。随着发动机趋于轻量化、结构简单化、性能优质化, 发动机曲轴制造工艺发生了很大的变化。高速、高效、柔性、复合化是曲轴制造技术发展的主要方向。
[关键词]曲轴加工; 工艺方法; 先进技术
[作者简介]黄应勇, 柳州职业技术学院高级工程师, 研究方向:数控机床应用技术, 广西柳州,545006
[中图分类号] TK406 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723(2010)09-0025-0003
一、前言
进入21世纪以后, 世界汽车工业发达国家对发动机曲轴的加工十分重视, 并不断改进曲轴加工工艺。因曲轴是汽车发动机的重要零件, 工作时曲轴承受气体压力、惯性力及惯性力矩的作用, 受力大而且复杂, 并且承受交变负荷的冲击作用, 因此发动机曲轴在制造工艺、刀具等方面都发生了巨大的变化。领导了近半个多世纪的多刀车削工艺和手工磨削工艺, 由于加工精度低和柔性差等原因, 正在逐步退出历史舞台。高速、高效的复合加工技术及装备迅速进入汽车及零部件制造业, 高速高效复合加工技术在曲轴加工生产中已有相当程度的应用, 并将是其必然发展的趋势。
先进的曲轴加工生产线一般都比较短, 但效率高、产量大, 加工出的曲轴质量好且很稳定。先进技术主要有两个方面: 一是大量采用了CNC 控制技术, 形成柔性生产线。二是应用了许多先进的曲轴高速、高效、柔性加工技术, 简化了工艺过程, 提高和稳定了加工质量, 同时也缩短了单件的加工时间。本文主要讨论一些中小企业目前正在采用的曲轴工艺方法, 近期如何改进, 今后应如何发展的问题。
二、曲轴加工技术现状
目前, 某企业的微型汽车发动机曲轴生产线由普通机床、少数数控机床和一些专用机床组成, 生产效率和自动化程度相对较低。以下是该企业的曲轴工艺方案。
(一) 曲轴材料
目前曲轴材质有球墨铸铁和钢两类。由于球墨铸铁的力学性能接近调质钢, 切削性能良好, 且其成本只有调质钢材质成本的1/3左右, 所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛应用。据统计
资料表明, 车用发动机曲轴采用球墨铸铁材料的比例:美国为90%,英国为85%,日本为60%[1]。该企业根据主机厂的要求采用球墨铸铁材料, 因此制定加工工艺要充分考虑到球墨铸铁的加工特点。
(二) 关键部位加工简述
主轴颈:普车分别打两端中心孔及粗车→数车半精车→普通曲轴磨→抛光。
连杆轴颈:普车粗及半精车→普通曲轴磨→抛光。
油孔:摇钻钻孔→人工去毛刺→清洗。
(三) 加工工艺流程
普车打两端中心孔→普车粗车主轴颈及大小头→数车半精车主轴颈及大小头→普车粗车连杆轴颈→普车车大小头→摇钻钻油孔→摇钻钻法兰孔及攻螺纹→铣扁位→粗磨主轴颈→磨连杆轴颈→精磨主轴颈及大小头→铣键槽→动平衡去重→抛光主轴颈及连杆轴颈→探伤→总检→清洗。
三、曲轴加工工艺分析
(一) 主要部位技术要求
1.主轴颈与连杆轴颈 的圆柱度公差为0.005 mm。
2.中间三个主轴颈对两端主轴颈 的圆跳动公差为0.015mm 。
3.曲轴的连杆轴颈与主轴颈偏心距为33±0.03mm, 在加工时应注意回转平衡。
4.连杆轴颈 的轴线对两端主轴颈 的平行度公差为0.05 mm。
(二) 主轴颈加工工艺分析
因主轴颈的尺寸精度、圆柱度、圆跳动要求较高, 该企业采用的加工方案是:普车分别打两端中心孔及粗车→数车半精车→普通曲轴磨粗、精磨→抛光。该方案的特点是设备简单、见效快, 但是因用普车分别打中心孔校正时间长、能耗大, 该方案生产效率低、劳动强度大、工序质量稳定性差, 容易产生较大的加工应力, 难以达到合理的加工余量。
近期内可采取的投资小、见效快的改进工艺方案:专机打两端中心孔→数车粗车、精车→普通曲轴磨粗、精磨→抛光。此方案与原方案的主要区别在于粗加工。原方案主要采用加工效率低、劳动强度大的设备。改进方案主要采用加工效率高、劳动强度小的粗加工设备, 如打中
浅论汽车曲轴的加工工艺论文
金肯职业技术学院2009级毕业设计(论文)
浅论汽车曲轴的加工工艺
王福利
【摘要】 本文根据发动机曲轴的工作特点、技术要求与结构~确定曲轴的制造工艺流程方案~在分析曲轴铸造、机械加工、滚压、热处理等主要工艺的主要工艺参数的基础上~制定了一种典型曲轴制造的工艺规程,工艺流程卡,。
【Abstract】
This article based on the characteristics of engine crankshaft, technical requirements and structure,
determining the programme of technological process of manufacture of the crankshaft, in the analysis of
crankshaft casting, machining, rolling, heat treatment of the major process of main technological parameters
on the basis of developed a specification for a type of crankshaft manufacturing technology (technology)
【关键词】 曲轴 铸造 机加工 滚压 工艺
【Keywords】crank casting machining rolling technology
1引言
曲轴是内燃发动机中的关键零件之一,也是内燃机中最难加工的工件之一。曲轴在发动机中是将活塞连杆的住复运动变为旋转运动,其在工作过程中会不断承受很大的弯曲应力和扭转应力,且受力情况异常复杂。目前,高速转动发动机正向着增压、增压中冷、大功率、高可靠性低排放方向发展。曲轴作为发动机的心脏,正面临着安全性和可靠性的严峻挑战,传统材料和制造工艺已无法满足其功能要求,市场对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。所以对曲轴的抗拉强度、刚度、耐磨性、耐疲劳性、冲击韧性等都提出了更高的要求。曲轴的主要失效形式是轴颈磨损和疲劳断裂,因此对曲轴在生产制造环节强化工艺技术和机械加工技术同样都有着更高的要求。
大批量生产前提下,曲轴加工生产如达不到设计要求,只要其中任何—个环节质量没有得到保证,将会严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性,在长时间、高速度运转下,曲轴很容易过早出现失效或断裂现象,产生难以想象的后果。因此,应不断探索改进曲轴加工工艺。2.曲轴结构特点与主要技术要求
2.1.曲轴的结构
曲轴是将直线运动转变成旋转运动,或将旋转运动变成直线运动的零件。它是汽车发
1
金肯职业技术学院2009级毕业设计(论文)
动机最重要的零件之一承受很大的疲劳载荷和巨大的磨擦,一旦发生故障,对发动机有知命的破坏作用,曲轴的结构一般由主轴颈,连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成其结构细长多曲拐。刚性差,要求精度高,因而安排曲轴加工过程应考虑到这些特点。
主要技术要求
主轴颈,连杆轴颈本身的精度,即直径尺寸公差等级通常为IT6-IT7,主轴颈的宽度极限偏差为+0.05,-0.15mm,曲拐半径极限偏差为?0.05 mm;曲轴的轴向尺寸极限偏差为?0.05,?0.15mm。
轴颈长度公差等级为IT9-IT10.轴颈的形态公差,如圆度,圆柱度控制在尺寸公差一半之内。
位置精度,包括主轴颈与连杆轴颈的平行度,一般为100mm之内不大于0.02 mm曲轴各主曲轴颈的同轴度;小型高速发动机曲轴为0.025mm.大型低速发动机曲轴为0.03,0.08mm.各连杆轴颈的位置度不大于?30’。
曲轴的连杆曲颈和主曲颈的表面粗糙程度为Ra0.2,0.4um;曲轴的连杆曲颈,主轴颈,曲柄连接处圆周角的表面粗糙度为Ra0.4um。
除以上技术要求外,还有热处理,动平衡,表面强化,油道孔的清洁度,曲轴裂纹,曲轴旋转方向等规定。
3.曲轴加工的一般工艺流程
铸造—毛坯粗加工—预备热处理—加工定位基准—粗加工—半精加工—最终热处理—精加工。例如目前大多数F系列微车曲轴,材料为40Cr,毛坯为调质锻钢件。工艺流程如下:
(01)打中心孔一(02)车夹位一(03)精车主轴颈一(04)铣定位一(05)车连杆轴颈一(06)粗磨大小头一(07)车大头平端面及其它一(08)车小头平端面及其它一<><10)粗磨连杆轴颈一(11)钻铰定位销孔一(12)铣键槽一(13)钻攻飞轮螺孔一(14)钻斜油孔一(15)半精磨主轴颈一(16)精磨连杆轴颈一(17)动平衡及去重一(18)精磨主轴颈一(19)检验一(20)氮化一(21)修中心孔倒角一(22)精磨小头一(23)精车轴承孔一(24)磁粉探伤一(25)去毛刺一(26)油孔口抛光一(27)抛光。>10)粗磨连杆轴颈一(11)钻铰定位销孔一(12)铣键槽一(13)钻攻飞轮螺孔一(14)钻斜油孔一(15)半精磨主轴颈一(16)精磨连杆轴颈一(17)动平衡及去重一(18)精磨主轴颈一(19)检验一(20)氮化一(21)修中心孔倒角一(22)精磨小头一(23)精车轴承孔一(24)磁粉探伤一(25)去毛刺一(26)油孔口抛光一(27)抛光。>
2
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4 曲轴铸造工艺
4.1. 概述
曲轴是发动机的重要零件,它既要求高的强度、韧性,又要求好的耐疲劳性和耐磨性 还要有高的尺寸精度以保证动平衡要求和少的加工余量。为了满足这些要求,曲轴铸件的材质多采用珠光体球铁,造型工艺除了湿型方法外,还可采用壳型工艺、铁型覆砂工艺,后两种较为先进。
4.2.壳型法铸造曲轴工艺
技术要求:球化级别1-2级,机体组织稳定。铸件内废率控制在1.5,以内(加工外废率控制在0.5,以内。
4.2.1.壳型铸造工艺流程
壳型铸造是采用覆膜砂制壳 ,两壳粘接一起形成铸型,采用中频感应电炉熔化铁水并浇注成铸件的工艺方法,其主要工艺流程见图1。
图1 壳型铸造工艺流程
4.2.2(制壳工艺
(1) 制壳用覆膜砂组成及技术要求
3
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技术酚醛树脂 乌溶耗品 硬脂酸钙 硅油 水泥砂
要求 软化点95.5%-97.5% C6.5%?0.5%凝固点粒度B
游离酸2% -50? 100/200 80-105?
游离酸Sio?92% 2
5%-9%
配比 2%-4% 1%-3% 0.3%-0.5% 0.5%-1% 余量
指标 抗拉强度发气量熔点/? 透气性成型性指热膨胀系
22N.mm mLg cm 数 数
>3.5 <15 94-100="" 90-140="" 85-95="">15>
(2) 曲轴壳型制作采用四工位射砂转动式制壳机和翻板式制壳机制壳
(3)水平制壳、垂直分型、立浇底注
工艺制壳在水平旋转的四工位壳型机上进行(其中一个是起模工位{带型板加热装置)(一个射砂工位(两个加热固化工位。每台壳型机配三台胶合定型机,两个壳加上粘结剂并放入孕育块后(热态在胶合机上定型合成一个整型。制好的壳型放入壳模输送机待用。壳型铸造工艺见图2(其特点是采用定量浇口杯,浇口杯孕育块孕育,垂直分型、立浇底注。
图2曲轴壳型铸造工艺简图
4
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4.2.3(浇注系统构成
立浇底注浇冒口采用圆台状发热保温冒口和发热块,制作简单、成本低、生产效率高、补缩效果也较好 ,发热块作为冒口补缩。圆台形浇冒口有一定的容量,不会使浇铁水溢出,壳外浇口杯始终处于充满状态,在浇注完成后浇口杯内的铁水留有一定的高度,确保有足够的补缩压头,以防止浇注过程中卷入空气。
采用立浇底注式浇注系统 为封闭式浇注,直孔陶瓷过滤网挡渣。过滤网置于在横浇道,以避免放置在直浇道偏上方时铁水压力小,通过率不够,过滤网下部铁液无法充满,铁水夹带空气进入型腔,造成曲轴气孔缺陷。如放在直浇道的最低位置,铁水压力过大,过滤网易被冲坏,反而造成砂眼,同时由于铁水压力和冲力过大 (铁渣就可能被冲过去,起不到挡渣的效果。最合适的网孔尺寸为方孔1.5 mm×1.5 mm(厚度为10,15 mm。 4.2.4(壳型装箱
壳型外侧充填铁丸直径2-4 mm,经过15-30 s时间震实,装箱。 4.2.5( 熔炼
分析表明,高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球铁的关键所在,国外球铁中琉、磷、镁及稀土元素含量明显低于国产件,且金相组织中的石墨圆整均匀。其原因主要是国内以冲天炉为主的生产设备,铁水未进行预脱硫处理;其次是高纯生铁少,焦碳质量差。为获得高温低硫磷的纯净铁水,可采用双联外加预脱硫的熔炼方法,即可用冲天炉熔化铁水,经炉外脱硫(把硫降到0(01 以下),然后在感应电炉中升温并调整成分。
材质:牌号QT650—3、QT700—3,高强度球铁。
材料配方:
材料名称 技术条件 配比,
打包废钢 0.15,,0.2, C 20,40
20号废钢 0.2,,0,3, C 5,15
生铁 Q10 10~25
增碳剂 97,,99, C 1.5,3.5
回炉料 QT600-3 30,45
电解铜 Cu-1、Cu-2 0.3,0.85
锡 Sn-1 0.02,0.06 0.02,0.06
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采用2 t中频感应电炉,功率为1300-1500 kW,熔炼时间为60-80 min。中频感应熔炼的优点为,熔化速度快、铁水杂质少、铁水纯净、化学成分稳定,铁水温度容易控制,能较好满足球化孕育处理的要求。
4.2.6(球化处理
根据国内现状,推荐采用前苏联的 “M 『n『C””球化处理工艺及稀土镁粉末状球化剂(可使镁的吸收率高达90, 以上(脱硫率达70,, 90, (且石墨圆整。选用低镁球化剂, 铁屑覆盖,球化反应平缓,铁水一次出完,球化效果比较好,成本低。
球化剂 (5,,7,Mg) —铁屑覆盖 (1.5,2 kg) —加铁水 (400 kg)— 球化反应 (50,70 s)。
4.2.7(孕育处理
推荐冲天炉熔化球铁原铁水对铜钼台金球铁采用三次孕育。这对于防止孕育衰退,改善石墨形态,细化石墨及保证高强度球铁机械性能具有重要作用。
采用三次孕育的工艺:球化处理加硅铁 (一次孕育 )—浇包加硅铁粉 (二次孕育 )—浇注随铁水流—孕育 (三次孕育)。
4.2.8合金化
配合好铜和钼的比例对形成珠光体组织十分有利,可提高球铁的强度(而且铜和钼还可大大降低球铁件对壁厚的敏感性。如6110柴油机曲轴,选用铜0.45, ,O.60 ,;钼0.15 ,,0.25 ,(能稳定达到QT8OO一3的水平。
4.2.9(浇注
曲轴壳型在浇注前用机械手将壳型放人铁箱并在壳型上灌满铁丸,振动紧实后待浇,浇注采用球化包和吊车人工浇注方法,采用250 kg浇包,每包浇注4,5个型壳,8,10根曲轴;每个型壳浇注时间8-1 0 s;浇注温度1400?,铁水温度过低,曲轴渣气孔增多,易产生浇不足、冷隔、大头缩孔和曲轴内部缩松缺陷,浇注温度过高 (高于1460?)曲轴易产生粘砂、漏壳和毛边过大,还影响球化效果(使球化反应过快,导致产生球化不合格。浇注工艺特点是壳型形成的定量浇口杯和石墨塞杆拔塞定量浇注,在定量浇口杯下方有两个小腔,内置孕育块,铁液充满浇杯后稍等一会拔塞冲型,这样既定量又撇r渣还完成了瞬时孕育。
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4.2.10(清砂处理
曲轴浇注后(经50-60 min即可以翻箱倒铁丸取件,铸件冷却到50?以下,曲轴铸件的清整主要是切割浇冒口和抛丸清理,壳型生产线采用专用砂轮切割机,后续用悬挂式抛丸机进行曲轴表面抛丸处理,每次20件,大约抛丸15 min 左右,使曲轴表面达到无粘砂、光亮。再采用电动角磨机和风动工具清理飞边毛刺。
4.2.11(检验
(1)铁水检验
采用直读 光谱仪对铁水成分进行检验。铁水出炉前进行温度测试,采用先进的数显、语音提示并能与微机联 网的测温仪,每炉测温次数 为2-3次,出炉温度一般控制在1500-1560。浇注时先进行测温,每个浇注包测1次铁水温度,并做记录。
(2)曲轴铸件的检验
1)金相组织及硬度的检验
检验要求指标
石墨 有机组织 硬度
球化级别/石墨大小/级 球光体含量% 磷共晶+游离
级 渗碳体
1-3 5-8 ?75 ?1 215-270
2)力学性能的检验
每班检验1次(每次2-3个试棒
22抗拉强度/Nmm 屈服强度/Nmm 伸长率%
?650 ?380 ?3
(1次/1班) (1次/1周) (1次/1班)
3)化学成分的检验
每炉检验2块样,用直读光谱检验 ,其化学成分要求见下表
C Si Mn S P Cu Sn Cr
3.7-4 0.9-1.3 0.3-0.5 ?0.02 ?0,05 0.3-0.8 0,02-0.05 ?0.1
1-2/次 1-2/次 1-2/次 1/次炉 1-2/次 1/次炉 1-2/次 1/次炉
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4.3 铁型覆砂法铸造曲轴工艺
铁型的壁厚应根据铸件的壁厚选择(既考虑强度和刚度(又要考虑热平衡的需要, 一般选2O,30mm,我们用20ram壁厚球铁材料,在设计铁型时要设计好排气,包括铁型排气及分型面排气。覆砂层厚度按照砂型铸造2,3倍的冷却速度考虑,一般取5,8ram。
铁型覆砂铸造是在金属型(铁型)内腔覆上一层型砂(覆膜砂)形成铸型,在合适的铁型壁厚确定以后,当覆砂层厚度在一定范围内变化时,铸件的冷却速度随着覆砂层厚度的减少而增加,选择不同的覆砂层厚度,使同一铸件不同壁厚部分比较方便地得到相同的冷却速度,实现均衡凝固。此外,不同的铁型壁厚与覆砂层厚度的配合,使型中球铁曲轴的冷却曲线接近正火处理的冷却曲线,从而实现球铁曲轴的铸态较快的冷却速度,保证了曲轴具有较高的力学性能。由刚性良好的铁型与很薄的覆砂层组成的铁型覆砂铸型有效地利用了球铁曲轴在凝固过程中的石墨化膨胀,提高铸件的致密度,实现了无冒口铸造:由于覆砂层薄,型腔不易变形,铸件尺寸精度比砂型大为提高;铁型虽无溃散性,但很薄的覆砂层却能适当地减少铸件的收缩阻力。
4.3.1. 铁型覆砂铸造工艺流程图
铁型
合模 覆砂造型固化起模
模样
铸件
开型 冷却 合型 铸型清理 浇注
图3 铁型覆砂铸造工艺流程图
铁型覆砂工艺见图4,浇注系统的设计原则是有利于同时凝固和平稳冲型(较快的浇注速度并有利于排气,用陶瓷过滤阿,F :F :F =1(79:1(85:1,起模斜度适当放大,收缩率减少。
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图4 曲轴铁型覆砂工艺图
4.3.2. 主要工艺参数
收缩率,铁型壁厚,覆层厚度,以及及射砂孔位置、形状、大小和数量,铸型温度。
(1)收缩率
收缩率一般为 0.8,,1.0,。
(2)铁型壁厚
铁型壁厚对铸件的冷却能力、蓄热能力及铁型本体的刚度及防止变形、开裂有很大的影响。铁型覆砂由于在金属型内覆上厚度为5,8mm的砂层,并利用模具的加热热量使其固化,生产中又将铁型的温度控制在 180,300?内,所以铁型的寿命较金属型长,且具有可形成流水线生产。
铁型温度的高低与开型时间、覆砂层厚度及属型的壁厚、工件长度有关。壁厚大的铁型蓄热多,温上升缓慢,铸件冷却快,开型时间短,从浇注到开型12,15min。经验公式:铁型壁厚 A铁 =(0(6,0(8)A 铸件,其中A为壁厚。也可根据铸型分型面尺寸平均值来选取A铁,见下表。
<130 15—20="">130>
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130—175 15—20
175—200 20—25
200—500 25—30
500—800 30—35
>800 35—45
铸型分型面尺寸平均值S =(H+L),2,其中H为分型面长度尺寸 (mm),L为分型面宽度尺寸。
(3) 覆砂层厚度及温度控制
覆砂层厚度直接影响铸件冷却速度和铁型升温。从理论上讲,覆砂层厚度薄对铸件冷却有利,但太薄的覆砂层会导致铁型升温快,温度高,不利于连续覆砂,同时造成射砂成型困难;过高的铁型温度,还易烧枯覆砂层,使铁型失去强度。
曲轴一般取覆砂层平均厚度为 8mm,主轴径、连杆轴颈及轴长度方向取 l0mm,其余取 8mm。
温度控制,由于曲轴铸件较长,覆砂的范围广,铁型温度大于 280?,热固性酚醛树脂砂就会在射砂过程中固化,造成射砂通道不畅,形成射不足缺陷。经过试验,铁型最适宜 温度为 240?,一般不大于 300?。
(4)射砂孔参数
射砂孔的参数设计,主要是确定射砂孔的位置、尺寸和形状数量,一般射砂孔都设计成对称布置。对于曲轴,一般取射砂孔直径为 12 ~16mm,斜度 1:20,向铸型内倾斜,在射砂孔内镶有衬套,便于磨损后更换。
(5)浇注系统
根据铁型铸造要求,铁型浇注速度大,在液体金属充型时,型腔里的气体要能顺利排除,其流向尽可能与液流方向一致。此外应注意使液体金属在充型时流动平稳,不产生涡流,不冲击型壁或型芯,更不可产生飞溅。浇注系统分为顶注式、底注式、侧注式。顶注式铸件温度分布合理,有利于顺序凝固,可减少金属液的消耗,但金属液流动不平稳,易进渣,铸件高时,易冲击型壁和型芯;底注式金属液流动较平稳,有利于排气,但温度分布不合理,不利于铸件顺序凝固;侧注式兼有上述两者优点,金属液流动平稳,便于集渣、排气等,但金属液消耗大,浇口清理工作量大。
曲轴铸件由于该尺寸较长,采用侧注式,三个直浇道进行浇注,浇口形式例如,内浇道尺寸大于60mm,横浇道尺寸大于60 mm,浇注系统的覆砂层厚度一般间本体覆砂层一致。
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(6)铁型在射砂浇注过程中的排气系统的设计
由于铁型覆砂是用低压压缩空气(0.44MPa)将流态砂吹进型腔 ,砂子进入型腔的同时,气体也同时进入,如果铁型排气不畅,势必造成隔层及射不足、气鼓等缺陷。一般解决办法有:?通过造型机本身的排气f瞬进行排气,但对于型腔角落余气很难排除;?通过安装排气塞来进行排气;?对于分型面上的余气,可在模具分型面上加工出四个0.11,0.2mm的小凸台,形成空隙,使余气排出。
对于在曲轴浇注过程中的气体排放,一般采用?浇口处进行排气;?在射砂孔里安放排气针;?过分型面排气。
4.3.3主要工装设备
除了制芯设备、冲天炉等常规设备外,还配备如下主要工装设备:
? 造型设备
这是流水线的心脏,主要完成铁型覆砂作业,采用专用覆砂铸型机造上、下型。
? 射型设备
是覆砂铸造的关键设备。主要功能是完成型腔的射砂,使之形成金属型覆砂铸造的坚硬壳型。
其中最主要的工装是射砂头,铁型和型板。射砂头的主要结构见下图5,其中射砂孔采用覆膜砂堆积角闭砂;为防止射头中覆膜砂受热硬化采用通水冷却。
图5 水冷射砂头
? 合型设备
在地面上浇注,主要用起吊设备(吊车或电动葫芦)在地面上把上型台到下型上面。流水生产由专门合模机,只需操纵开关,进行机械化合型,定位准确,效率高 。
? 浇注设备
浇注直接在线上进行,由于浇注温度较高,采用机动辊道或机械化推箱,把浇注好的铁型推出浇注段,自动进入冷却段。
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? 开型设备
没有布线以前,由起吊设备将上、下型分开,然后卸下铸件。现在由专门的开型机和翻模卸件机进行。打开上下型箱,使上下型箱分开摆放,为翻箱机职出铸件作准备。
? 落砂及清理设备
由于铁型在循环利用,就必须把射孔及型腔里的残砂清除掉,为循环射型作准备。由气动微振造型机改装而成。射孔及浇1:3残砂由落砂机的顶出机构顶出,震除上下箱型内的覆砂,震动落砂时间15s左右。
? 运输辊道
由组焊的边滚架,边滚组装而成。主要功能是转运型箱,减轻工人的劳动强度。
? 翻箱机
是在压缩空气的作用下,操纵换向阀、推动气缸,上升或下降,完成各个环节上不同的功能。在射上下结束后,将射型的型箱翻转180。,重新放在运输辊遭上,便于检查型箱清除残余射渣。在浇注开箱后,将下型箱翻转一定的角度,提高铸堑位置高度,落砂取出铸件及将塑箱型腔翻转朝下,为震落砂作好准备。在震落砂之后,将型箱翻转,检查清除残砂及重 新放在辊道上,为循环射型作好准备。
以上几部分有机地联系起来,形成一条完整的曲轴铁型覆砂铸造生产流水线。 4.3.4 清砂处理工艺
曲轴浇注后,经50-60 min即可以翻箱倒铁丸取件,铸件冷却到50?以下,可以去除冒口和浇注系统。后续用悬挂式抛丸机进行曲轴表面抛丸处理,每次20件,大约抛丸15 min 左右,使曲轴表面达到无粘砂、光亮。再采用电动角磨机和风动工具清理飞边毛刺。
(1)检验
检验要求指
1 本体力学性能 GB1348-88 ,?,,,,,,,,
,?,,,,,,, ,
2 本体球化级别 GB9441-88 1—3级
3 本体石墨大小 GB9441-88 6—8级
4 本体珠光体量 GB9441-88 85?—95?
5 本体硬度 GB1348-88 260—290HB
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6 热处理 ———— 铸态生产 免除
热处理止同人
7 铁砂比 ———— 6:1
8 工艺出品率 ? 90
9 尺寸公差 GB6414-80 CT6—8
10 表面粗糙度 GB60601-85 ,a 12 5
11 缩孔缩松 ———— 从未出现
12 供货缺陷率 ? 1:9
4.4铁型湿砂法铸造曲轴
4.4.1湿砂型铸造工艺流程
静压造型线每小时需80t型砂(与此配套的砂处理系统由三部分组成,即旧砂处理及输送系统、型砂混碾系统、新砂烘干及新砂、陶土、煤粉输送系统。在旧砂处理及输送系统中采用了DISA公司的 3.4×15.24m落砂冷却滚筒,集落砂、冷却、去灰于一体,尤其在滚筒内自动喷水,冷却1日砂效果很好(同时在其后的皮带机上使用DISA公司的连续测温测湿、补加水冷却自动控制系统及在六角筛下加一节冷却去灰机,可有效地保证旧砂水份控制在1.5, ,2.0, ,温度不超过室温l5?由于采用了滚筒和冷却去灰机加上斗提机,皮带机接头处和六角筛的吸尘(使旧砂含泥量控制在9, ,1O, ,使型砂水分控制在2.8, ,3 2,成为可能在旧砂处理系统中设置了三个大砂库,总容量240吨,不仅使旧砂流程有缓冲而且三库同时给料可使旧砂进一步均匀化。为了解决旧砂中树脂砂芯的小团块和陶土块的去除,特地增加一条精筛支路可利用休息天将旧砂精筛一遍。型砂混碾系统中采用德国Eifich公司R23倾斜转于式混砂机,该机单转子倾斜式底盘转动(带自动测湿装置及放砂圆盘给料机,n 迅速排砂,均匀输送。同时引进了全套原辅材料定量系统和自动加水系统(在线型砂性能自动检测及计算机型砂专家系统与混砂机一起组成计算机控制的型砂混制质量控制系统(能根据旧砂湿度测定值,前车型砂紧实率和剪切强度自动测定值(通过砂专家系统处理反馈控制陶土 水的加入量及新砂量,使型砂紧实率和剪切强度拄制在稳定的范围新砂烘干及新砂,陶土、煤粉输送系统中新砂集中在新砂库,经烘砂滚筒烘干后用气力输送到立式砂库及混砂机砂斗陶土和煤粉则用低压压送输送。
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4.4.2 湿砂型铸造工艺及参数
(1)湿砂型铸造是生产曲轴的主要工艺方法,美国通用铸造厂及国内很多汽车曲轴铸造厂均采用此工艺。与壳型铸造相比,虽然湿砂型铸造在铸件实物质量及总废品率上要差一些,但其生产适应性强,生产率高,成本较低要搞好曲轴质量,好的型砂质量和高的砂刚度是基本条件,应配备性能优良的造型设备和砂处理设备。此外(正确的工艺设计亦分重要,铸件的收缩率搞准确,浇冒口系统设计合理是获得无缺陷曲轴的保证。
(2)浇注系统的类型 按金属液导入型腔的位置,浇注系统可分为底注式、顶注式、中注式、阶梯式等,见下图。
(3)铸件的尺寸公差 CT,其精度等级从高到低有1、2、3.(((((16共16个等级;加工余量等级MA,从精到粗可分为A、B、C、D、E、F、G、H、J共9个级别。下表为砂型铸造常用铸造合金单件和小批生产时公差等级及与之配套的加工余量(,,/,1350-89)。 造型材料 ,,/,,
铸钢 灰铸铁 球墨铸铁 可段铸铁 铜合金 干湿砂型 13-,,/, 13-,,/, 13-,,/, 13-,,/, 13-,,/, 自硬砂 ,2-,,/, ,1-,,/, ,1-,,/, 11-,,/, 10-,,/,
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4.5 三种曲轴铸造工艺的比较
三种曲轴工艺的生产实践大大加深了我们对之特点和适应性的认识,并能将之作一一对比,由下表可见从曲轴铸件的实物质量,废品率,供货缺陷率和质量的稳定性比较,壳型铸造工艺最好,铁型覆砂次之,湿砂型铸造较差。
三种工艺比较表
比较项目名称 壳型铸造工艺 湿砂型铸造工艺 铁型覆砂型工艺 供货缺陷率(%) ?,., ,.,, ,.,, 总废品率(%) , ,., ,.,, 工艺出品率(%) ,, ,, ,,
尺寸精度 ,,,-, ,,-, ,,,,
R,(,,) ,.,-,,., ,, ,.,-,,.,
,,(,,,) ?,,, ?,,, ?,,,
,(%) ?, ?, ?, ,
加工余量(,,) ,.,-,, ,.,-, ,.,-, 石墨球化率(%) ?,, ?,, ,-,
石墨大小级别 ,-, ,-, ,-,
生产量率 高 很高 较低 多品种生产适应性 好 很好 较差 成套机械化程度 高 很高 较低
生产运输成本 较低 较低 较低
5.曲轴切削加工工艺
5.1 曲轴形体结构特点与主要技术要求
(1)曲轴形体由主轴径、连杆轴颈、曲柄组成,结构细长多曲拐,刚性差。在高温高速高交变负荷的工况长期工作,几何精度要求极高。曲轴的技术要求是很高的,其机械加工工艺过程随生产纲领的不同和曲轴的复杂程度而有很大的区别,但一般均包括以下几个主要阶段:定位基准的加工:粗、精车和粗磨各主颈及其它外圆:车连颈:钻油孔;精磨各主颈及其他外圆;精磨连颈;大、小头及键槽加工;轴颈表面处理:动平衡:超精加工
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各轴颈可以看出,主颈或连颈的车削工序都与磨削工序分开往往中间安排一些不同的加工面或不同性质的工序。粗加工后会发生变形,因此常把粗、精加工分开,并在切削力较大的工序后面安排校直工序,以保证加工精度。为了减小切削力所引起的变形,保证精加工的精度要求,精磨各轴颈时,一般采用单砂轮依次磨。
图6 直列四缸发动机曲轴
(2)主要技术要求
主轴颈,连杆轴颈本身的精度,即直径尺寸公差等级通常为IT6-IT7,主轴颈的宽度极限偏差为+0.05,-0.15mm,曲拐半径极限偏差为?0.05 mm;曲轴的轴向尺寸极限偏差为?0.05,?0.15mm。
轴颈长度公差等级为IT9-IT10.轴颈的形态公差,如圆度,圆柱度控制在尺寸公差一半之内。
位置精度,包括主轴颈与连杆轴颈的平行度,一般为100mm之内不大于0.02 mm曲轴各主曲轴颈的同轴度;小型高速发动机曲轴为0.025mm.大型低速发动机曲轴为0.03,
’0.08mm.各连杆轴颈的位置度不大于?30。
曲轴的连杆曲颈和主曲颈的表面粗糙程度为R0.2,0.4um;曲轴的连杆曲颈,主轴颈,a
曲柄连接处圆周角的表面粗糙度为R0.4um。 a
除以上技术要求外,还有热处理,动平衡,表面强化,油道孔的清洁度,曲轴裂纹,曲轴旋转方向等规定。
5.2曲轴切削加工工艺
5.2.1(加工工艺方案
(1)关键部位加工工艺
主轴颈:车—磨—抛光;连杆轴颈:外铣—磨—抛光;止推面:精车;油孔:枪钻—人工去毛刺—高压清洗;前、后端:车—磨;清洗:清洗2次,钻油孔后清洗1次,最终
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清洗1次;最后对曲轴进行综合检测。
(2)主要工艺流程
铣削两端面—钻质量中心孔—铣削扇板定位面—车削法兰端—车削轴端与第 l主轴颈—车拉第2-5主轴颈—车/车拉第 l、4连杆颈—车/车拉第 2、3连杆颈—钻斜油孔—预清洗—中频淬火—低温回火一沉割槽滚压—止推档车削滚压—精磨 5档主轴颈—精磨第 l、4连杆颈—精磨第 2、3 连杆颈—两端头钻孔、攻丝、铣键槽、镗孔—精磨轴头、法兰—动平衡—抛光—终清洗—终检。
5.2.2工艺分析
(1)钻中心孔
曲轴属于细长类零件 ,加工过程中主要定位基准是两端中心孔 ,分为两种:一种是几何中心孔,可利用双V型块找出;另一种是质量中心孔,利用质量定心机测得。由于毛坯的几何形状误差和质量分布不匀等原因,两者一般不重合。利用几何中心孔作定位中心进行车加工或磨加工时,工件旋转会产生离心力,不但影响加工质量,降低定心元件的使用寿命 ,因而在加工后剩余的动不平衡量较大。采用质量中心孔作定位中心,可将铣两端长度和加工质量中心孔合并为一道工序,加工效率很高。但若毛坯弯曲变形严重或质量严重分布不均匀,则不宜采用质量中心孔。
(2)数控车/车拉技术
车拉技术加工形式有三种 :直线车拉、内环刀具旋转车拉和外环刀具旋转车拉 。车拉工艺可一次设定能完成所有同心圆的车削,具有在同一台机床上完成车/车拉加工,效率高、通过使用特殊卡盘和刀具系统实现柔性加工、特别适用于平衡块侧面不需加工、轴颈有沉割槽的曲轴。拉削工艺可用高效的梳刀通过微量的径向进给和纵向车削实现高速精加工。完工后可直接精磨,省去粗磨工序。
(3)数控高速外铣技术
对平衡块侧面需要加工的曲轴,采用数控高速外铣比CNC车削、CNC内铣、车/车拉的生产效率还要高 。以四拐曲轴为例CNC车/车拉工艺加工连杆轴颈要二道工序,而 CNC高速外铣只要一道工序就能完成,切削速度高达350m/min,切削力较小、工件温升较低、刀具寿命高、换刀次数少、加工精度更高、柔性更好。
(4)数控内铣技术
数控内铣加工性能指标要高于普通外铣加工,用于曲轴连杆颈粗加工的加工。其特点
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是曲轴固定后不动,铣刀跟随连杆颈铣削,工件两端采用同步电动机旋转驱动,加工精度高、切削效率高。通过输入零件的基本参数,控制系统即可生成自动加工程序。
(5)数控磨削技术
摆动跟踪数控磨削,在加工过程中能检测并修正轴颈圆度和尺寸,可对机床的磨损、温度、机械动力对磨削余量的变化影响进行自动补偿,由于磨削主轴颈和连杆轴颈一次装夹,主轴采用自动对中的三点式中心架;静压圆型导轨,无爬行效应,确保持久的高精确度;减震抗 扭转床身,具有良好 的吸震抗弯功能 ;砂轮轴适用于高达 140m,s的磨削。
(6)数控机床的技术参数
最大回转直径: 中250mm最大加工长度:1250mm左右卡盘最大间距:1150mm机床,快移速度:6m,min,X Z轴最大行程: ?1 75 mm,铣刀盘刀刃直径: ?280mm控制系统:FANUC铣刀盘刀刃直径: ?280mm主电机输出功率:45kW总电源容量:1 35kVA机床总重量:30t。
(7)数控机床的加工精度
工件表面粗糙度:Ra3.2,6.3 ( m) 圆度:0.10mm圆柱度(只许凸)单边:0.1 5mm轴向尺寸公差:?0.08mm偏心距公差:?0.05mm轴径尺寸公差:?0.10mm加工后主轴颈跳动:0.2mm开档尺寸公差:0.15mm各连杆轴颈对角向定位面的相位偏差(半径上):? 1.2。
(8)深油孔枪钻技术
曲轴深油孔的直径一般在 5,8mm之间,从主轴颈到连杆颈倾斜贯通 ,属典型细长孔而且在曲面上加工,工艺性差 。加工深油孔最好的办法是采用枪钻工艺。枪钻由钻柄 (用于装夹刀具 )、钻杆(用于连接刀头)、钻头(采用硬质合金材料 )组成。中间有一通孔,外侧面有一直v型槽。依靠中间通孔实现内冷却,冷却液从后刀而上的小孔处喷出,可直接对切削区冷却。使用高压冷却液,切屑能从被加工孔中通过直V型槽有效排出,无需在钻削过程中定期退刀来排出切屑。在加工细长孔时,钻孔、镗孔、铰孔一次完成,加工精度(IT6—8级)、直线度(0.16,0.33mm,1 000 mm)、粗糙度(Ra 3.2,0.1)。
为了提高曲轴的强度,曲轴要求油孔倒角处抛光,倒角与油孔的过渡处要消除尖角并圆滑过渡,过渡部分也需抛光处理。
(9)热处理和表面强化技术
曲轴热处理的关键技术是表面强化处理。一般均正火处理,为表面处理作好组织准备表面强化处理一般采用感应淬火或氮化工艺少数厂家还引进了圆角淬火技术和设备。
? 曲轴中频感应淬火
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曲轴中频感应淬火将采用微机监控闭环中频感应加热装置,具有效率高,质量稳定、运行可控等特点。
? 曲轴软氮
对于大批量生产的曲轴来说,为了提高产品质量,今后将采用微机控制的氮基气氛气体软氮化生产线。氮基气氛气体软氮化生产线由前清洗机(清洗干燥)、预热炉、软氮化炉、冷却油槽、后清洗机(清洗干燥)、控制系统及制气配气等系统组。
? 曲轴表面强化技术
球墨铸铁曲轴圆角滚压强化将广泛应用于曲轴加工中,另外,圆角滚压强化加轴颈表面淬火等复合强化工艺也将大量应用于曲轴加工中,锻钢曲轴强化方式将会更多地采用轴颈加圆角淬火处理。
5.2.3 曲轴加工工艺基准
(1)粗基准的选择
为了保证中心孔钻在主颈毛坯外圆面的轴线位置上选用主颈的外圆面为粗基准。同时为了保证所加工的基准面的轴向尺寸,选用第四主颈两侧扇版面为轴向粗基准。
(2)辅助粗基准的选择
在扇板上铣出两个工艺平面即是加工连颈时所用的辅助粗基准。
(3)精基准的选择
加工主颈及与其同轴心的轴颈外表面时,以中心孔为精基准。加工连颈时,用加工的法兰和小头的外圆及连颈1外圆作为精基准基面,这样便于保证技术要求。此外,轴向定位基准采用第四主颈的两个台阶面,与设计基准一致。
5.2.4定位基准加工工艺
定位基准是两端中心孔,加工工序为:
(1)以曲轴小端外圆定位,用车床三爪卡盘夹紧曲轴小端外圆,曲轴大端外圆用中心架定位。车床主轴带动曲轴旋转,中心钻安装在车床尾架上的刀杆中,手动进刀,完成曲轴大端中心孔的加工。
(2)以曲轴大端外圆定位,用车床三爪卡盘夹紧曲轴大端外圆,曲轴小端外圆用中心架定位,由车床主轴带动曲轴旋转,中心钻安装在车床尾架上的刀杆中,手动进刀,完成曲轴小端中心孔的加工。
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为了解决曲轴两端中心孔与主轴颈之间的同轴度问题,设计时将曲轴在专机夹具中的定位基准定在曲轴的第一、第七主轴颈(6缸曲轴)或第一、第五主轴颈(4缸曲轴),以提高曲轴两端中心孔与主轴颈之间的同轴度。
要修正好曲轴两端中心孔,首先要保证主轴的刚性。为此,设计时对以下3种形式的动力头进行了选用技术分析。一是通用的3号钻削头(其主轴支承系统由一组0000系列的单列向心深沟球轴承和一组8000系列的平底单列推力球轴承组成(主轴前端支承直径为Φ85mm(后端支承直径为Φ70mm(这种结构支承刚性较好(可以承受较大的轴向力适用于钻孔、扩孔等:二是通用的3号镗削头(其主轴支承系统由一组3182100系列的双列向心圆柱滚子轴承和一个2268100系列的双向推力向心球轴承组成,主轴前端支承直径为Φ90mm,后端支承直径为Φ80 mm(这种结构可以得到很高的径向和轴向刚度,适用于精密加工:三是刚性主轴箱,其主轴支承系统由一组成对配置的并带预紧的36000或46000系列的单列向心角接触球轴承组成(其主轴前后端支承直径均为Φ90mm,这种结构适用于高速轻载。考虑到修正中心孔时切削余量分布不均匀,对主轴的径向和轴向刚性要求较高(经分析比较,通用的3号高精度级镗削头(其主轴支承轴承精度等级为B级)的主轴支承结构最为合适(并对其主轴进行修设计(便于与刀具连接(缩短主轴悬伸长度,提高主轴刚性。通过提高刀具的转速和降低刀具的每转进给量来实现降低曲轴两端中心孔的表面粗糙度值的目的。
5.2.5 铣主轴颈、连杆颈
(1)工装设备
设备:曲轴数控铣床;夹具:液压三爪自定心左、右卡盘;,刀具:铣刀盘分主轴颈铣刀盘和连杆颈铣刀盘(刀盘用4个键和主轴联接刀盘组成。
铣刀盘在 280内径上装有1 4组刀(每组刀由5个刀片组成(三个加工轴颈两个加工侧板面及台肩圆角。刀片采用螺钉夹紧(刀片材料用碳化钨合金不重磨刀片(每个刀片可重复使用4—6次。
注:E刀片2×14=28 S刀片3×14=42注:如果被加工件材料42C rMcA(则切削速度选为110m,min。
(2)切削参数
主轴颈铣削 :(1)右刀盘铣夹板面及P1连杆颈,左刀盘铣夹板面及M3主轴颈,M2处用专用中心架支撑。(2)主轴转速:125 r,min (3)铣削速度:110 m,min (4)进给量:
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0.2 mm,z (5)铣削深度:4mm (6)铣削长度:402 mm (7)加工时间:80s(其中,切削时间75s,快进快退时间5s) 以此类推(经过六次铣削,总加工时间为480s。假设装工件及卸工件时间各为30s(那么此曲轴的加工节拍为540s(即9分钟。
5.2.6 磨主轴颈、连杆颈
(1)工装设备
设备:数控曲轴磨床, 夹具:定位瓦定位分度夹具,刀具:CBN砂轮高速磨轮。
(2)磨削参数
磨削速度:200 m,s,工件转速:1000r,min以上,纵向进给速度:0.01,2 mm,s,径向切深:0.002,0.2mm。
加工精度IT6,表面粗糙度Ra?0.8。
5.2.7曲轴连杆颈平行度尺寸分析与工艺控制
在曲轴零件尺寸中有一个连杆颈中心平行度的尺寸要求。它的评价基准是曲轴第l和第4档主轴的中心线。在大众Ell3系列发动机中曲轴连杆颈中心的平行度为Ф0.01 mm。连杆颈中心的平行度尺寸与曲轴的连杆颈磨削工艺密切相关,不同的磨削工艺对分析产生连杆颈中心平行度偏差的原因有直接影响,下面以采用偏心夹具曲轴磨削连杆颈工艺为例,对连杆颈中心平行度的偏差原因和工艺控制进行分析研究曲轴连杆颈中心平行度测量时,用三座标仪先测量第l档和第5档主轴颈的外圆,计算出一根中心连线,作为评价连杆颈中心线平行度的基准。然后对被评价的连杆颈用三座标仪测出左右两个截面和计算出连杆颈的实际中心线位置,并将该中心线延长到被评价的长度(如将连杆颈中心线平行度评价长度取25 mm),取被评价中心线两端的坐标与主轴颈中心线进行比较,计算出被评价中心线两端坐标在连杆颈行程方向(Y向)和连杆颈对称度方向(z向)的坐标差值?y ,?x,连杆颈中心线平行度p2=?y2 +?x2(如图7所示采用偏心夹具磨削连杆颈产生的连杆颈中心线平行度偏差(其实质是磨削时2个定位主轴颈轴颈中心相对位置发生了偏差嘲,反映到可测量的工件尺寸上(一个是两档连杆颈行程的差值,另一个是两档连杆颈对称度方向的差值(俗称扭度)。理解了连杆颈中心平行度偏差的形成原因和关系,可以通过在线可测量的连杆颈行程差值和扭度来间接评价连杆颈中心平行度尺寸。它们之间的评价关系见表2。表2,以第l、第4档连杆颈的行程差值和扭度来评价第l、第4档连杆颈的中心线平行度。
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根据连杆颈中心线平行度测量结果,实际平行度值比理论计算值偏大,可能的因是,夹紧时工件的弹性变形和工件主轴颈跳动本身径向偏差造成的。
。
图7 连杆颈中心线平行度计算示意图
连杆颈中心线平行度的间接评价方法
1 4档连杆颈行程 1 4档连杆颈扭度 中心线平
1mmΦ0.0066 实际差值 换算差值 实际差值 换算差值
0.05 0.0047 0.05 0.0047
(注:换算系数取密削时两档连杆颈之间的间距和被评价连杆颈长度之比。如1、4档间距为264 mm被评价长度为25 mnl,则换算系数为264,25=10(56)
5.2.8钻细长油孔
钻细长油孔使用的是专用钻床。此工序主要保证钻斜油孔的角度和它的进出口位置。细长油孔的作用是在轴颈与轴瓦相对运动时提供润滑油,如果油孔口偏移,那么进入轴瓦油道的润滑油减少,造成发动机整体燃油经济性下降,甚至有可能造成早期磨损,轴瓦抱死等严重事故。所以,在加工时首先要保证斜油孔的进口和出口位置,其次要保证细长油孔在轴颈方向不偏移,因此对细长油孔钻模应常予检查。
(1)工装设备
设备:枪钻曲轴斜油孔机床,刀具:YT15深孔钻头、刃顶角130?、对刀精度:跳动量0.02mm,夹具:液压夹紧装置,润滑油:MF20T润滑油。
(2)钻削参数
主轴转速: n=3200r,min,切削速度:55.29m,rain,进给:S =0.015mm,r,进给速度:Sm =48mm,min。
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图8 曲轴斜油孔加工结构简图
图9 专用机床总图
1床身 2精密机械滑台3精密镗削头4受油气 5集屑箱 6刀具 7小滑台 8夹具 5.2.9曲轴油孔加工艺参数
曲轴油孔分布位置不同,产品图纸所给出的设计参数不同,因而曲轴油孔加工工艺参数的计算方法也就不同,但需要计算的项目,如用来确定钻头长度和行程长度的油孔实际
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长度s、入钻角β、钻孔时钻头轴心线高度 h、用以保证图纸规定的油孔中心线处于水平状态的工艺垫高H还是相同的。
油孔实际长度s( 和入钻角β的计算:
图l0是曲轴油孔位置示意图。D与d分别为主轴和连杆轴径(L为曲轴升程,L1 为两孔中心距离在曲轴轴线方向的投影,L2为油孔钻入点与主轴颈中心线之间的距离, Y为油孔中心与由轴轴线垂直平面的夹角。在图示坐标系中,油孔中心线的直线方程为:
Y十y1= K (x1+x) (1)
式中 K=1g (90。一 y)
Y1= L2
X1= [ (D , 2) 2 一L22 ] 1/2
根据连杆轴颈圃的方程与油孔中心线方程即可求出油孔出口坐标B(x2 y2) 因此油孔在图l0坐标中长变为Sxy =(x1+x2) 2 +(y2+y1)2 ]21/2可知( 油孔实际长度及入钻角
S = (sxy2 + L12 )1/2 β=1g-1 (sxy/L1)
图10油孔实际长度及入钻角
5.2.10油孔口倒角加工工艺
(1)成形 用成形磨头倒角油孔外形;
(2)去尖角 用另一个倒圆锥形的磨头去除油孔倒角与油孔相交处的锐边尖角。采用风动砂轮机,以不同的角度使磨头绕油孔的中心线转动,注意在改变角大小时不要抬起气动砂轮机以使磨头连续的磨削,使磨出来的倒角与油孔问的过渡近似圆弧过渡,圆弧公差?0.05。
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(3)抛光 用橡胶磨头对倒角和过渡圆弧进行抛光。橡胶磨头前端修出一定的锥度,锥度大小以能把砂布片压人油孔内一定深度,抛光时砂布接触到倒角与油孔的过渡圆弧面,以适当的压力用橡胶磨头将砂布片压人倒角内,并确保橡胶磨头高速旋转时能够带动砂布片旋转,如图11所示。
图11抛光
5.2.11巴厘线的轴颈锥度测量与控制
主轴颈巴厘线能够在高扭矩状态下,避免曲轴轴颈与轴瓦出现边角接触;连杆颈巴厘线则有益于动压油膜的建立。
由于轴颈表面的巴厘线形状,对轴颈锥度的测量和控制提出了特殊要求,实际生产中测量主轴颈锥度的方法如图12。生产过程中要根据测量报告调整轴颈锥度,必须同时考虑轴颈两端的直径差值和巴厘线的高度。
图12考虑巴厘线形状的主轴颈轴颈锥度评价
6.曲轴圆角滚压工艺
6.1 曲轴圆角滚压强化机理
圆角滚压是提高曲轴疲劳强度和综合机械性能的重要手段之一,滚压强化机理是指曲轴经过圆角滚压后在各方面提高其疲劳寿命的理论。本文将从微观组织、表面质量和残余
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压应力强化机理三个方面进行阐。
(1)微观组织机理
曲轴在滚压过程中表层金属在滚轮的作用下会发生强烈的塑性形变。金属塑性变形的最基本方式是滑移,即一部分晶体沿某一晶面和晶向相对于另一部分晶体发生相对滑移。曲轴在载荷的作用下晶体发生反复滑移,它的特点主要在晶体中晶粒的位向及晶界对塑性变形的影响上。晶界能够阻碍位错运动,由于晶粒的位向不同,因此它们之间相互约束,阻碍晶粒的变形。在同样变形影响下,一定体积内的晶粒数越多,则变形分散在更多的晶粒内进行,因此不会产生局部应力集中,从而使多晶体能承受较大量的塑形变形而不破坏,同时滑移的结果还使晶粒的位错密度增加、晶格畸变,一部分符号相反的位错相互抵消,而符号相同的位错则重新排列并形成小角度的位错墙,形成轮廓清晰尺寸更加微小的亚晶粒。亚晶粒的细化和位错密度增高这些变化将会显著提高材料的屈服强度和疲劳性能 。另一方面,过大的塑性变形将导致孪生、晶体拉长、晶粒转动、破碎等塑性变形,晶格严重扭曲。滚压表面甚至出现鳞片状波纹、花斑、表面变脆脱皮等现象,将降低曲轴的疲劳寿命 。因此在实际中还要控制滚压强化层的深度
(2) 表面质量
零件表面加工后引起的粗糙表面是应力集中的主要因素之一,常成为极危险的尖端切口,形成应力集中。在交变应力作用下,疲劳源总是出现在应力集中的地方,应力集中促使疲劳裂纹的形成和扩展表面越粗糙、缺陷的缺口底部越尖锐、缺口深度越大则有效应力集中系数值越大,应力集中越严重,因此疲劳强度和疲劳寿命是随表面粗糙度的下降而增加,即表面越粗糙,疲劳强度和疲劳寿命降低就越严重。为了降低曲轴表面的应力集中,对曲轴主轴颈和连杆颈进行磨削加工后,它的表面粗糙度很容易达到Ra=0(8um,但圆角处由于加工困难很难保证要求的表面粗糙度,而恰恰它又是危险截面。曲轴圆角滚压加工相当于一个低粗糙度的硬表面在另一个高粗糙度的软表面上滚动。由于工具有极高的耐磨性,工具和零件的硬度相差悬殊,在滚压过程中工具基本不发生变形,而零件表面上的微凸体受到挤压后,凸峰两侧的金属被下压,而且还要从凸峰两侧的凹谷挤出(这样可使微观不平度减小,从而获得小的表面粗糙度。曲轴经过圆角滚压可以使圆角表面粗糙度达到Ra01u m 以下,这样就大大减少了圆角处的应力集中,大大提高了曲轴的疲劳强度
(3) 残余压应力机理
目前,主要通过应力强度因子与裂纹闭合的影响两种途径进行研究。
1)应力强度因子的影响
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材料表面的缺陷或裂纹只有当外加交变载荷达到某一界限时,即裂纹尖端的应力强度因子达到了材料本身的临界应力强度因子时,裂纹才开始扩展。当有平均应力存在条件下,界限应力强度因子幅为mth={1.2(?K)},{1+0.2(1+R),(1一R)} (1)。
式中R为交变载荷中的平均应力由于残余压应力能够降低外加交变载荷中的平均应力的作用,因此可以减小零件实际承受的应力强度因子幅值?K。由公式(1)可以看出,R值的下降能够提高裂纹开始扩展的界限应力强度因子幅值
?Kth 那么在一定交变载荷条件下,原来可能发生扩展的类裂纹,在有残余压应力存在的情况下,由于?Kth 值得到提高,要使裂纹扩展,则必须继续增大交变应力。这就是残余压应力在提高有裂纹材料疲劳强度中所起的作用。
2)裂纹闭合的影响
曲轴圆角经过滚压后产生的残余压应力能够平衡曲轴加工和工作时的表面产生的拉应力,使零件的表面处于压应力状态,残余压应力的存在可以使裂纹的尖端闭合,同时还可以抑制裂纹尖端的继续扩展。因此可以提高曲轴的疲劳寿命。随后国内外对残余应力提高疲劳寿命作了一些研究,但大多都是以个别应力分量作为疲劳失效准则的。在上个世纪80年代根据等效应力假说建立了最佳残余应力计算方法,等效应力准则更全面地考虑了各个应力分量对疲劳失效的影响,指出如果滚压后表面的残余应力状态使得等效应力在具体工况条件下为最小值,则该残余压应力为最佳的残余应力状态。在该残余应力状态下工件可以获得最佳的疲劳寿命。随着计算机和有限元理论的发展,2003年国外建立曲轴在载荷下二维有限元模型,分析了圆角在非残余应力状态下的应力集中,以及曲轴圆角经过滚压后的应力分布,应用断裂机理。研究了残余应力对曲轴疲劳寿命的影响,表明,曲轴的圆角处是曲轴应力集中最严重的部位,在发动机中工作时承受很大的弯曲应力和扭转应力,因此它的疲劳破坏一般发生在曲轴轴颈和曲柄连接的过渡圆角处。如图13,14,P为发动机中的气缸的爆发压力(一般为9MPa,在增压型发动机中可达 12,l4Mpa),此时曲拐连杆轴颈两内侧圆角过渡处受拉应力作用,而主轴颈圆角过渡处为压应力作用,这种作用为交变载荷。此外,曲轴还承受惯性力矩、输出扭矩、扭振力矩的作用,因此在圆角过渡处交变应力大而复杂,由于轴颈经过磨削后在表面留有刀痕,极易引起应力集中,在长时间的循环作用下便会产生裂纹,最终导致疲劳断裂。
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图13连杆颈受爆发压力P时的应力分布 图14曲轴滚压位置示意图
曲轴的圆角滚压(就是利用滚轮的压力作用,在曲轴的主轴颈和连杆颈过渡圆角处形成一条滚压塑性变形带,这条塑性变形带具有以下作用:
(1) 产生了残余压应力,可与曲轴在工作时的拉应力抵消或部分抵消,从而提高疲劳强度 。
(2) 滚压使圆角处形成高硬度的致密层,硬度提高,使曲轴的机械强度和疲劳强度得到提高。
(3) 表面粗糙度降低。圆角滚压可使圆角表面粗糙度达到 Ra0.1以下,从而大大减小了圆角处的应力集中,提高了疲劳强度 。
6.2 圆角滚压强化工艺
6.2.1 圆角滚压类型
根据安排液压工序和圆角形式的不同,曲轴圆角滚压大致可分为以下三种类型 :
(1)切线滚压
在精磨主轴颈和精磨连杆颈时,用砂轮磨出与滚轮半径大小相同的圆角(偏差不大于0.08 mm)进行滚压 。切线滚压容易在轴颈表面和侧表面挤出一线凸台,需在后续工序中进行处理,另外,在轴颈感应淬火后进行滚压,容易引起较大的弯曲变形,需进行滚压校直处理。
(2) 半精加工后滚压。半精加工后滚压就是在曲轴精磨成形之前进行滚压强化,这样可避免滚压起台,但在后续工序中将塑性 变形带磨去一部分,故目前很少采用。
(3) 圆角沉割滚压,就是在过渡圆角处沉割出与滚轮半径大小相同的圆角 (偏差不大于 0.08mm)进行滚压 。圆角沉割滚压消除了以上两种滚压方法存在的不足 ,另外圆角沉割还可以使应力分散。目前发动机曲轴主要采用圆角沉割滚压方法。
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图15 滚压钳结构简图
1保持架 2支撑轮 3轴承 4销轴 5滚压轮
6.2.2 滚压头夹紧的圆角滚压方法
由于切线滚压会引起曲轴弯曲变形导致曲轴的轴颈跳动较尺,造成轴颈期非正常磨损,影响发动机的性能及正常使用。半精加工后滚压的精加工会减少滚压层的深度,严重影响曲轴的使用寿命,导致柴油机的大修时间缩短。圆角沉割滚压虽然避免了上述两种滚压方式的缺陷,但对前道工序要求较高,必须有专用的精密机床保证才能达到,资金投入较大。为了克服切线滚压及半精加工后滚压存在的缺陷,同时又不增加资金投人许多公司曲轴的圆角滚压采用上、下滚压头夹紧后进行圆角滚压的方法,曲轴滚压网角为R5mm,将两只Ф10mm的钢球嵌进纯铜衬内,固定在上滚压头上进行圆角滚压,下滚压头为嵌进两只Ф16mm的滚柱,作为固定支承。
6.2.3 曲轴圆角滚压的工艺参数的选择
(1)滚压力 F
滚压力的大小与工件材料、轴颈大小、圆角大小、滚轮直径等因素有关。在生产中往往通过工艺试验来确定最佳滚压力 F。
(2) 滚压次(圈)数
以滚压 8,10为佳,滚压次数较少时,达不到应有的塑性变形,次数过多时,容易破坏塑性变形带。
(3) 滚压递度
选择曲轴转速为 30,60圈,rain为佳,滚压速度过快 ,容易引起较大的塑性变形 ;
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滚压速度过慢 ,生产效率降低。
注意:
(1)如果球铁曲轴铸造经热处理后仍存在较大的铸造应力,那么经圆角滚压后应力将重新分布,这样就势必造成较大的滚压弯曲变形,应进行时效处理;
(2)如果在粗加工阶段采用多刀曲轴车床切削曲轴主轴颈和连杆颈,则存在较大的加工应力,滚压后就会产生较大的弯曲变形,应在曲轴粗加工后进行一次去应力回火处理消除加工应力,曲轴主轴颈和连杆颈的加工应力就大大减小。
(3) 圆角成形的深浅是否一致、档宽公差大小等也对滚压变形都有较大的影响,应力求滚压深浅与宽度一致。
(4)毛坯有缺陷也会对曲轴滚压变形有很大的影响,必须对毛坯缺陷进行检验把关。 6.2.4曲轴圆角滚压强化系统设计
(1)动力系统
液压系统动力提供由电力和液压两部分组成 ,电力驱动由伺服电机和步进电机完成,曲轴旋转主运动由交流伺服电机驱动,便于旋转运动的无级变速和旋转角度控制:滚压钳台架沿曲轴轴向位置控制由BF]30步进电机控制,每台架之动钳和静钳间距的调整由小型步进电机驱动控制,整个电力系统的控制简单、成本低(液压驱动由液压油缸完成 包括送卸料架的驱动、曲轴滚压件的夹紧、滚压钳台架沿曲轴径向运动驱动、滚压钳的加压及摆差测试台架的驱动,液压分为低压和高压两部分 除滚压钳加压油缸为高压驱动,其余为低压工作。
(2)滚压控制系统
滚压系统的控制系统包括开关量输人输出控制、模拟量输人输出控制和强电控制(其控制系统组成由,强电控制由继电器、接触器等低压电器组成,用于液压系统交流电机启停控制和整个系统的电力供应控制机控制系统完成,计算机系统由上层管理计算机、实时控制计算机和顺序控制计算机组成 上层管理计算机完成整个系统的控制管理 包括用户界面显示、系统工作参数设置、摆差测试数据处理及专家系统校直方案确定(为获得较好的界面显示和较强的数据处理能力,采用IPc586作为上层管理计算机,它与其计算机通过通讯端口相连;实时控制计算机用于对各被控对象的实时控制,包括伺服电机、各步进电机和各滚压钳的加载曲线控制,为保证实时性,采用各对象单独控制的方式,即对于四只滚压钳的加载压力控制分别用四只单片机,而伺服电机和步进电机的脉冲控制采用一个
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单片机,各单片机之同的工作通过各自的I,0端口来协调单片机与上层管理计算机和PLC之间分别由串行口和I,O 端口联系;系统的顺序动作由PLC 控制,包括各油缸电磁阀的控制、操作面板的命令接收、各行程开关动作信息接收、报警状态信息的接收与输出。 6.2.5滚压工艺参数对疲劳强度的影响
(1)滚压力的影响 由于国内在这方面的研究较少,目前还没有成熟的数据,而在生产中通过工艺试较少,目前还没有成熟的数据,而在生产中通过工艺试较少,目前还没有成熟的数据,而在生产中通过工艺试较少,目前还没有成熟的数据,而在生产中通过工艺试较少,目前还没有成熟的数据,而在生产中通过工艺试较少,目前还没有成熟的数据,而在生产中通过工艺试较少,目前还没有成熟的数据,而在生产中通过工艺试较少,目前还没有成熟的数据,而在生产中通过工艺试较少,目前还没有成熟的数据,而在生产中通过工艺试验来确定最佳滚压力,。滚压力的大小与工件材料、轴颈大小、圆角大小、滚轮直径等因素有关。
(2)滚压次数(圈数) 滚压次数较少时,达不到应有的塑性变形;次数过多时,容易破坏塑性变形带。在生产中,以滚压8—10圈为佳。
(3)滚压速度n:滚压速度过快,容易引起较大的塑性变形;滚压速度过慢,生产效率降低。实际生产中可选择曲轴转速为3O一60 drain。
6.2.6滚压变形的影响因素
(1)铸造应力的影响 如果球铁曲轴铸造经热处理后仍存在较大的铸造应力,那么经圆角滚压后应力将重新分布,这样就势必造成较大的滚压弯曲变形;锻钢曲轴如果存在较大的锻造应力,也会造成滚压变形
(2)加工应力的影响 如果在粗加工阶段采用S1(206、S1(217等多刀曲轴车床切削曲轴主轴颈和连杆颈,将产生较大的加工应力,滚压后就会产生较大的弯曲变形,可在曲轴粗加工后进行一次去应力回火处理消除加工应力;若采用曲轴内铣床铣削曲轴主轴颈和连杆颈,则加工应力将大大减小。
(3)其他因素影响 圆角成形性、深浅一致性、档宽公差大小和毛坯缺陷等对滚压变形都有较大影响。
6.2.7 滚压质量的检查
(1) 曲轴圆角滚压是曲轴加工中的关键工艺,因为滚压时间长短、各参数大小等对
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滚压结果有很大的影响,但仅凭滚压外观看不出任何区别。
(2) 在滚压前仔细检查圆角的大小 、成形性 、深浅一致性、表面粗糙度是否符合工艺要求,检查主轴颈长短是 否符合工艺要求 。
(3) 在滚压时检查各工艺参数是否正常。
(4) 滚压结束后 ,检查滚压表面粗糙度是否合格,表面过粗时则检查滚压轴是否正常转动
6.2.8滚压设备简介
(1)整体式圆角滚压机床属专用机床,同时滚压多个轴颈圆角 ,效率较高。
(2)自动滚压机床带自动校直。
(3)单拐滚压机床。
曲轴圆角滚压强化共设置 3台滚压机、1台曲轴弯曲变形测量机。
可用国产普通机床改造成圆角滚压机。滚压机主要由支撑架、滚压钳、加压油缸等零部件构成。曲轴的旋转运动由车床主轴驱动,尾部用顶尖顶住曲轴中心孔。滚压时,将滚压钳上压头送至轴颈处,然后开启夹紧工作按钮,机床就会完成在一定压力、转速、时间下的滚压过程。滚压轮采用浮动方式装配, 有利于在滚压时自动找正圆角
曲轴弯曲变形测量机,测量时由驱动机构将曲轴送至测试位 ,使摆差传感器和各主轴颈接触,然后驱动曲轴旋转便可测得各主轴颈处的跳动值 ,从而判断曲轴滚压后的弯曲变形情况。
7(典型六缸汽油机曲轴制造的工艺规程(工艺流程卡)
根据以上的研究与分析得到以下工艺流程;
工序号 工序内容 工序设备 工序号 工序内容 工序设备 1 铣端面,钻孔中铣钻组合机床 23 精磨第四主轴颈 双砂轮架
心 外圆磨床 2 粗车第四主轴颈 曲轴主轴颈车24 精磨第七主轴颈 双砂轮架
床 外圆磨床 3 校直第四主轴颈油压机 25 车回油螺纹 曲轴回油
摆差 螺纹车床 4 粗磨第四主轴颈 双砂轮架外圆26 精磨第一主轴颈双砂轮架
磨床 与齿轮轴颈 外圆磨床
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5 车削第四主轴颈曲轴主轴颈车27 精磨带轮轴颈 双砂轮架
以外所有的主轴床 外圆磨床
颈
6 校直主轴颈摆差 油压机 28 精磨油封轴颈和双砂轮架
法兰外圈 外圆磨床 7 粗磨第一主轴颈双砂轮架外圆29 精磨第二三五六双砂轮架
与齿轮轴颈 磨床 主轴颈 外圆磨床 8 精车第二三五六曲轴车床 30 精磨第六个连杆曲轴磨床
七主轴颈油封轴轴颈
颈和法兰
9 粗磨第七主轴颈 双砂轮架外圆31 精磨第六个连杆曲轴磨床
磨床 轴颈
10 粗磨第二三五六双砂轮架外圆32 在带轮轴颈上铣键槽铣床
主轴颈 磨床 键槽
11 在第一第十二曲曲轴定位面铣33 加工两端孔 两端孔组
轴柄上铣定位面 床 合机床 12 车六个连杆轴颈 曲轴连杆轴颈34 检查曲轴不平衡曲轴动平
车床 量 衡自动线 13 清洗 清洗机 35 在连杆轴颈上钻特种去重
重孔 钻床 14 在连杆轴颈上球球形钻孔床 36 去毛刺 风动砂轮
窝 机 15 在第一第六连杆深孔组合钻床 37 校直曲轴 油压机
颈上钻油孔
16 在第二第五连杆深孔组合钻床 38 加工曲轴孔 曲轴轴承
颈上钻油孔 专用车床 17 在第三第四连杆深孔组合钻床 39 精车法兰端面 端面车床
颈上钻油孔
18 在主轴颈上油孔交流两相电站 40 去毛刺 风动砂轮
口出倒角 机
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金肯职业技术学院2009级毕业设计(论文)
19 去毛刺 风动砂轮机 41 粗抛光主轴颈与曲轴油石
连杆轴颈 抛光机 20 高频感应加热淬曲轴高频感应42 精抛光主轴颈与曲轴砂带
火部分轴颈表面 加热淬火机 连杆轴颈 抛光机 21 高频感应加热淬曲轴高频感应43 清洗 清洗机
火另一部分轴颈加热淬火机
表面
22 校直曲轴 油压机 44 最后检查 8.结论
通过对发动机曲轴的工作特点、工作原理的分析,技术要求与结构,使对发动机曲轴结构特点与技术要求的认识得到进一步提高。对曲轴从毛坯铸锻—机械加工—热处理—表面强化处理全工艺的分析研讨,使对机械零件的制造工艺有较深入的掌握。从而确定曲轴的制造工艺流程方案,在分析曲轴铸造、机械加工、滚压、热处理等主要工艺的主要工艺参数的基础上,制定了一种典型曲轴制造的工艺规程(工艺卡)。本论文课题涉及铸、铣、车、磨、滚压、热处理等多种工艺。
随着中国汽车产业的飞速发展,相应的新工艺、新装备、新材料也不断地涌现,市场竞争也越来越激烈。高速、高效加工在曲轴制造业已有相当程度的应用,并成为主要发展方向,相信曲轴制造技术在将来会有更新、更快的发展。
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11(谢云臣, 赵英才.发动机曲轴工艺设备选型的可拓评价研究.汽车技术
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金肯职业技术学院2009级毕业设计(论文)
致 谢
在两个多月的课题研究及论文撰写过程中,我非常感谢我的导师——汪国樑老师。
无论是在课题立项还是在课题的研究阶段,汪老师都给了我很大的帮助。在毕业设计的这段时间中,汪老师不仅使我在学业上有了很大的提高,而且言传身教,使我学到了作为一名大学生所应具备的那种踏实勤恳、一丝不苟、认真求实的优良品质和学习作风。在我进行课题内容的研究中,从技术上给予了我极大的帮助和支持,而且在论文的最后评阅过程中,也给我提出了非常有价值的意见,使我获益极深。衷心地谢谢您,老师~
最后,对所有在这三年里的学习和生活中,给予我各种关心和帮助的人们,我仅表达我最衷心的谢意~谢谢你们~
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