一种曲轴连杆颈的随动磨削方法
磨削工艺方案对曲轴加工精度及节拍的影响
訇 化
磨 削工艺方案 对 曲轴加工精度 及节拍的影 响
Ｔｈ ｆｅ ｔ ｒ ｎｋ ｈ ｆ ｉ ｄｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｌｙ ｔ ｅ ｉｉ ｎ ｙ ｌ ｉ ｅ ｅｅ ｃ ｃ ａ ｓ ａ ｔ ｏｆ ｇｒｎ ｎ ｒ ｃ ｓ ｏｕ ｐｒ ｃｓ ｏｎ ａ ｄ ｃ ｃｅ ｔｍ ａ ｏｎ
２ 方案二
１ ）磨 削 顺 序 ： ＣＢＮ砂 轮 单 独 依 次 磨 削 １ 、 Ｐ
２ ３ Ｐ Ｐ、 ４ Ｐ、 ３ ２ ４ Ｊ Ｊ Ｊ、 １ ５ Ｊ Ｊ；
２ 中 间 支撑 方 式 ： ３ 位 置 设 置 两 轴 半 闭环 ） 在 Ｊ
间 支 撑
控制 的ＮＣ中心架 ； ３ ）主 轴 颈 同轴 度 测量 值 （ １ 、５ 为 测量 基 以 Ｊ Ｊ
文章编号 ：１ ０ — １４ ２ １ ） （ ～０ ４ — ２ ９ ０ （ ０ ３ 上） ０ ０ ０ ０ ３ １
关键 词 ：曲轴 ；主轴颈 同轴度 ； 削顺序 ；节拍 磨 中图分类号 ：Ｔ ３ １ Ｐ ９ 文献标识码 ：Ａ
Ｄｏｉ １ ． ９ ９ Ｊ ｉｓ ． ０ －０ ４． ０ １． （Ｉ ． ４ ： ３ ６ ／ ． ｎ １ ９ １ ０ ｓ ０ ３ ２ １ ３ －） １
相 应 变化 。试 生产 初期 ，在 满 足２ ０ 节拍 的 条件 ２秒 下 ， 圆度 、 圆柱 度 、垂 直 度 以及 粗 糙 度 均达 到 了 图纸 规 定 的精 度要 求 ，然 而 ，５ ＇ 轴 颈 的 同轴度 ５主 － 却 难 以 达 到 图纸 规 定 的公 差 ｌ 微 米 （ ｍ）要 求 。 ６ ｐ 为 解 决 这 个 问题 ，设 计 了 五 种 工 艺 方 案 进 行 试 验 ，每 种 工 艺 方 案 加 工 一组 ３ 件 曲 轴 ，对每 种 工 Ｏ 艺 方 案 的实 际加 工 效 果 进 行 对 比并 对 每种 工 艺 方 案 对 主 轴 颈 同轴 度 的 影 响 进 行 分析 ， 从 中选 取 出
曲轴抛光工作原理及组成
时 代汽 ４－ＷＷＷ￣ｌＩＬＩｌ Ｊ［Ｉ１１ｉｎ１￣＇ＣＯｌ［
姚 志 岗 上 汽 通 用 汽 车 有 限 公 司 上 海 市 ２０１ ２０６
摘 要 ： 随 着科 学技 术 的发 展 ，曲 轴抛 光 机 先后 经 历 了 不 同的 设 计 理 念及 不 同 的机 型 制造 ，伴 随 发 动机 转 速 和 功 率 的 提 高 。相 应 地 对 曲轴 的形 状 位 置 公 差也 有 更 高 水 平 的 要 求 。
（２）按 操作方式 类 ：可以 分为手动磨 削和机械磨削 。
（３）按 磨削 力分 类 ：可以 分为恒 力磨 削 和恒切除率磨削 。ＵｐＡｐ是恒定的 。
（４）按冷却液还 可分 为干磨和 湿磨 。 由于技 术的发 展 ， 目前 市场 上普遍 采用
３ 抛光机主要构成部件
抛 光 饥 ·般 仃 以 下 邴 什 纰 成 ： 头 、振 动 机 构 、 尾 架 、 抛 光 机 构 、 卷 带 机 构 、 液 Ｊ 系 统 、气动 系统 、冷却 系统 、控制 系统。 Ｉ：述的 几种 主要部ｆ＇ｔ：／Ｌ￣设备的 ｉ个工似ｌｆ１瞢『５有 心川。
图 １
磨 粒
结 合 剂
的 是 恒 力 的 温 氏 的 机 械 抛 光 Ｊ弋， 使 Ｈｊ的 嘉 实 多ＩＩＯＮＩＩ ０９８１的抛 ）匕油进 行冷却和润滑 以
（添 加 层 ） 及 磨 泥 的 清理 。
复胶 磨粒 底胶 基体
长蕃
２ 抛光的抛光方式
（１）按 基本结 构形式 ：砂带 磨削可以分 为闭式和 开式 两类 ，图３是 典 型的闭式 砂带磨 削方式 ，图４是常 见的开式 砂带 磨削方式。
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2.4+曲轴飞轮组的构造与检修
（5）曲轴轴颈磨损的检修：
▲修理： 当曲轴的主轴颈和连杆轴颈的圆度、 圆柱度已超过标准而未达到使用限度时， 进行磨削修理。 当磨损轴颈的尺寸超出修理尺寸时， 必须更换曲轴。 注意： 曲轴各道主曲颈和连杆轴颈分别磨成 同级修理尺寸，以便统一选择轴承。
（5）曲轴轴颈磨损的检修：
曲轴磨削的加工步骤如下： ①选择定位基准； ②确定曲轴轴颈修理尺寸； ③主轴颈的磨削； ④连杆轴颈的磨削； ⑤曲轴的动平衡。
1、曲轴的检修
（2）曲轴裂纹的检修： ▲检验： 磁力探伤法——当磁力线通过被检测的零件 时，零件被磁化。如零件表面有裂纹，裂纹 部分的磁力线就会因裂纹的磁阻增大而折绕， 使磁力线偏散形成磁极。在零件表面撒磁性 铁粉，铁粉便被磁化吸附在裂纹处，从而呈 现出裂纹的位置、形状和大小。
1、曲轴的检修
（2）曲轴裂纹的检修： ▲检验： 浸油敲击法——将曲轴置于煤油中浸一会， 取出后擦净表面并撒上白粉，分段用小锤轻 轻敲击，如有明显的油迹出现，该处有裂纹。
直列三缸、V型六缸：曲拐布置如同半截直列六缸 曲轴。
V型十二缸：曲拐布置如同直列六缸曲轴
（3）曲轴扭转减震器
功用 吸收曲轴扭转振动的能量，消除曲轴的 扭转振动。
原理 摩擦式扭转减振器是使曲轴扭转振动的 能量逐渐消耗于减振器内的摩擦，从而使振 幅逐渐减小。
（3）曲轴扭转减震器
①橡胶式扭转减震器结构
▲修理： ● 冷作敲击法
（4）曲轴扭曲变形的检验：
▲检验： 将同平面内的两连杆轴颈转到水平位 置，用百分表分别测量这两个连杆轴颈的 高度差△A，最大值为扭曲度。
（4）曲轴扭曲变形的检验：
▲修理： 一般扭曲度小时，可以直接在磨床上 结合对连杆曲颈磨削予以校正。
（4）曲轴轴颈磨损的检修：
曲轴的加工工艺、设计步骤、流程
引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。
是发动机上的一个重要的机件，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈，（还有其他）。
主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。
曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑．这个一般都是压力润滑的，曲轴中间会有油道和各个轴瓦相通，发动机运转以后靠机油泵提供压力供油进行润滑、降温。
发动机工作过程就是，活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。
曲轴的旋转是发动机的动力源。
也是整个船的源动力。
曲轴制造技术/工艺的进展1、球墨铸铁曲轴毛坯铸造技术（1）熔炼高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球墨铸铁的关键。
国内主要是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、焦炭质量差。
目前已采用双联外加预脱硫的熔炼方法，采用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成分。
目前，在国内铁水成分的检测已普遍采用真空直读光谱仪来进行。
（2）造型气流冲击造型工艺明显优于粘土砂型工艺，可获得高精度的曲轴铸件，该工艺制作的砂型具有无反弹变形量等特点，这对于多拐曲轴尤为重要。
目前，国内已有一些曲轴生产厂家从德国、意大利、西班牙等国引进气流冲击造型工艺，不过，引进整条生产线的只有极少数厂家，如文登天润曲轴有限公司引进了德国KW铸造生产线。
2、钢曲轴毛坯的锻造技术近几年来，国内已引进了一批先进的锻造设备，但由于数量少，加之模具制造技术和其他一些设施跟不上，使一部分先进设备未发挥应有的作用。
从总体上来讲，需改造和更新的陈旧的普通锻造设备多，同时，落后的工艺和设备仍占据主导地位，先进技术有所应用但还不普遍。
3、机械加工技术目前国内曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。
曲轴加工工艺设计
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。
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。
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。
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 。
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。
曲柄连杆机构的构造与维修教案
教学目的：掌握曲柄连杆机构的组成、功用、主要零部件的构造及装配连接关系；熟悉曲柄连杆主要部件的检测方法，掌握曲柄连杆机构装配及调整方法。
重点和难点：掌握曲柄连杆机构的组成、功用、主要零部件的构造及气门间隙的调整方法。
教学方式：多媒体教学课时：14学时教学内容：2.1 概述功用及组成功用:压力能转换为机械能组成:机体组活塞连杆组曲轴飞轮组工作条件及受力分析条件:高温高压高速化学腐蚀受力:气体压力、惯性力、离心力、摩擦力、热应力。
产生：压缩拉伸弯曲扭转离心磨擦等2.2 机体组气缸体1、气缸体的功用安装、固定气缸套及其他机构的基础。
2、气缸体的型式整体式和分体式水冷式和风冷式整体式一般为水冷式，分体则为风冷式3、整体式气缸体类型：平分式、龙门式、隧道式4、气缸体的受力特点及材料特点：各种受力、热负荷、润滑条件差材料：优质合金铸铁、铸铝合金5、曲轴箱的密封气缸及气缸套1、气缸及气缸套的功用燃料燃烧实现能量转换的场所活塞运动的轨迹2、气缸的形式结合方式：整体式、单铸式冷却方式：风冷式、水冷式（干式和湿式）4、气缸的排列单列（直列）式、V形式、对置式5、气缸套的定位㈠干式缸套：不及冷却水接触，壁厚：1-3mm。
㈡湿式缸套：及冷却水接触，壁厚：5-9mm。
湿式缸套有：上支承定位带，下支承密封带，上及气缸套座紧配合。
优点及缺点气缸盖1、气缸盖的主要功用封闭气缸上部，并及活塞顶和气缸壁一起形成燃烧室。
2、气缸盖的构造进排气门座、气门导管、进排气通道结构分：单体式、块状式和整体式燃烧室1、燃烧室的主要功用燃烧混合气产生强大的压力能。
2、燃烧室的构造基本要求：㈠热量损失小、燃烧行程短。
㈡压缩冲程完成后，混合气能产生涡流，保证充分燃烧。
气缸垫1、气缸垫的工作要求①在高温高压作用下不易损坏；②耐热耐腐蚀；③有弹性，能密封；④卸装方便，能重复使用，寿命长。
2、气缸垫常见结构金属—石棉、金属—复合材料，纯金属3、油底壳发动机的支承二点支承;三点支承(前.后);四点支承.2.3 活塞连杆组活塞连杆组的组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆活塞1、活塞的功用：将活塞顶的压力传到连杆，使曲轴产生旋转。
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不必 再 经 过 粗 磨而 可 直 接 进 行精 磨 ，省去 了粗 磨工序 。其具有 代表
性 的工艺 装备有德 Ｎ Ｈｅｌｒ 司开 １ ｌ 公 ｅ
众所周知 ，曲轴是汽 车发动机 的最 重要 、最关键零件 ，也是其核 心运动 件。 曲轴加 工质量的好坏 ，
曲轴粗加工的新工艺及 装备
的高精度 、高 柔性 、高效率的ＣＮＣ
Ｍ Ｃ 瑰 代 零 部 件
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要 可以 完成 曲
、
杆和 连杆相位 角 １０的六连 杆 曲轴 ２。 的加 工。由于是高速切 削 ，加工效
产应运 而生 。由于 曲轴加 工最具有
法。该加 工工艺是将 曲轴车 削工艺 与 曲轴车 拉 工 艺 完 美 结 合 ，采 用
有一定的差距 ，卧式车 床 、摇臂钻
床、 凸轮仿形车床 、曲轴多 刀车床 等落后设备还大量 应用 ，设备效 率
圆盘旋转式拉 刀连续 回转 ，具有
生 产 效 率 高 、加 工 精 度 好 、柔性
强、 自动化程度高 、换刀时 间短 的 特 点 。经过 车 一 拉 后 曲轴 主轴颈 车
代表性 的是 曲轴 的主 轴颈和连杆颈
加 工 ，所以下面就 以主轴颈和连杆 颈 的加 工为例 ，谈一 谈发动机 曲轴 加 工的新工艺及装备 。
低下 ，精 度不 足 ，更不具备柔性 化 生产加工能 力 ，尤其 曲轴加 工更为
曲轴 粗以 下几 个阶段 ：
发 出的ＣＮＣ曲轴 车一 车拉 机床 ，如 ＤＲ ４ ０８ ０２ Ｚ ０ ／０ ／ＣＮＣ曲轴数控车 一 车
直接影 响发动机的性能 ，乃至汽车
曲轴的主要技术要求及结构特点
第一节 曲轴零件制造工艺
曲轴主要加工工序分析
１. 铣曲轴两端面，钻中心孔 本工序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，若端面不平则中心钻上的两切削刃的受力不 均，钻头可能引偏而折断，因此采用先面后孔的原则。
２. 曲轴主轴颈的车削 由于曲轴年产量不大，主轴颈加工采用车削，在刚度较强 的卧式车床上进行，曲轴一端用大卡盘夹住，而另一端用 顶尖顶住，用硬质合金车刀车削的几道工序完成主轴颈的 车削。
第一节 曲轴零件制造工艺
曲轴的机械加工工艺
２. 曲轴的机械加工工艺过程 曲轴的机械加工工艺过程在很大程度上取决于生产批量 、加工要求、毛坯种类和热处理安排等。 典型加工顺序 为：铣两端面→钻中心孔→粗车→精车→铣削→热处理 →磨削加工等。
第一节 曲轴零件制造工艺
曲轴的机械加工工艺
曲轴机械加工过程大致可分为以下几个阶段：
曲轴的主要技术要求及结构特点
CA6102发动机曲轴采用45钢模锻方式制造，它具有较高的 刚度、强度和良好的耐磨性。 图7-2所示为其毛坯图。
第一节 曲轴零件制造工艺
曲轴的机械加工工艺
１. 定位基准的选择 根据设计基准选择加工基准，直列式采用全支承结构，加 工的径向基准选择两端的主轴颈；曲轴为了防止轴向力作 用而发生轴向窜动，采用止推结构。 作为精基准（也为 设计基准）的中心孔应先加工，粗基准为第一、七主轴颈 外表面，并以第四主轴颈两侧曲柄臂斜面作为轴向定位粗 基准。
第一节 曲轴零件制造工艺
曲轴的主要技术要求及结构特点
曲轴工作时，会承受气体压力、惯性力及惯性力矩的作用 ，受力大而且受力复杂，并承受交变负荷的冲击作用；其 次，由于连杆传来的力是周期性变化的，在某些瞬时还是 冲击性的；上述这些周期作用的力，还将引起曲轴的扭转 振动而产生附加应力；曲轴的转速很高，它与轴承之间的 相对滑动速度很大；因此，曲轴受力条件相当复杂，除了 旋转质量的离心力外，还承受周期性变化的气体压力和往 复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。
曲轴专用刀具的进步和发展
构等因素来综合考虑 。经济实用的工艺方案才是最佳 的
选择。
２ 各加工方法的优缺点及选择 ．
（ ）车 削工 艺 １ 车削 工艺是 曲轴 传统 的粗加 工工 艺 ，采 用多刀成形车削 ，机床分主轴颈车床 和连 杆颈车 床 ，加工方法有径向进给 和纵 向进给两种 。
主轴 颈和连杆颈全部采 用干式切 削。 曲轴精加 工采 用数
曲轴加工所涉及刀具
１质 量定心机的 刀具 ．
曲轴属于细长类零 件 ，加工过程 中主 要定位基准是 两端 中 ｆ ，按其加工位 置可分为两种 ：几何中心和 质 Ｏ： Ｌ
量 中心 。
优 点 ：加工效率高 ，实现 了工序集 中，大 大节省辅 助时 间；断屑性 能好 ，尤其对大 功率锻钢 曲轴 ，改善断
及连杆轴颈 ，由于加 工精度低 、柔性极差等 原因 ，已逐
步被淘汰。 内铣加 工 、双 刀盘车 一车拉 、高速 外铣 、双刀盘高 速外铣 等工艺方法的合理选用 ，需 比较 曲轴主轴颈和连 杆轴颈 各粗加工工艺的加 工精 度、柔性 、加工效率 、加 工设备的价格与特性 ，以 及生 产规模和 曲轴不 同轴颈结
车削加工 ，再 对轴颈进行车拉精加 工 ，这样使加 工柔性
完 成 的 圆及 侧 面 、 角 、 轴 径 平 加 工 内 容 轴 肩 、圆 角 衡 重 侧 面 ， 角 、轴 径 ， 角 、轴 径 平 不 能 加 工 轴 不能 加 工 轴 衡 重 侧 面 、 轴 向 沉 角 槽 向 沉割 槽 向沉 割 槽 各 种 沉 割 槽
传统方 法是 采用高速钢 中心 钻和机夹式面铣 刀完成 该 序的加工 ， 目前比较先进的工 艺是 采用铣打机组 合刀 具进 行加 工。 考虑到 曲轴 两端 面的大小以 及加 工余量不一样 ，为 避免 出现 曲轴轴 向串动 ，使 曲轴总长尺寸 不稳定 ，应考 虑采 用端面 铣 刀主 偏角尽 可能要 大 （ 荐 ＝ ５。或 推 ７
大功率曲轴跳动超差的原因剖析及其解决措施
大功率曲轴跳动超差的原因剖析及其解决措施生产瑛场±产搬l而.大功率曲轴跳动超差的原因剖析及其解决措施通过对影响曲轴变形的原因进行分析,找到了曲轴磨削后变形的主要因素,对这些因素进行详细地分析与试验对比验证,得出了控制曲轴变形原因的根本方法,进而解决了曲轴磨削跳动超差问题.1前言随着载货车向中,重型吨位发展,发动机也朝着柴油化,大功率的方向发展,曲轴需要具备更高的强度,刚度,因此曲轴的品种越来越大型化,重型化.从工艺上来说,大型曲轴一般都采用钢件圆角淬火的方式实现曲轴的强化,随着曲轴长度的增加,淬火后曲轴变形与磨削后曲轴变形越来越难控制,大功率曲轴的变形一直是曲轴加工质量控制的一个难点.曲轴零件结构复杂,生产批量大(在中,小批量生产中需进行多品种轮翻生产),精度要求高(连注:共生产10炉次,每炉次装980件.目前,已连续生产480000件,保证了齿轴渗碳淬火,回火和校直后齿形,齿向畸变的一次交检合格率,取得了良好的经济效益和社会效益.■东风汽车有限公司商用车发动机厂汤宪福杆轴颈的尺寸精度IT6～IT7,圆度≤0.005mm,表面粗糙度O.2mm～O.4mm).目前,曲轴的终/]nz仍普遍采用磨削工艺,为满足曲轴日益提高的加工要求,对曲轴磨床提出了很高的要求,现代曲轴磨床除了要有很高的静态,动态刚度和很高的N-r-精度外,还要求有很高的磨削效率和更多的柔性.基于此,目前连杆轴颈磨床的磨削工艺已越来越多地使用跟踪磨削工艺,决定了目前的磨削工艺只能是先磨全部的主轴轴颈再磨全部的连杆轴颈,这也在无形中增加曲轴变形的控制难度.由于曲轴在装配过程中,与轴瓦间的配合有较高要齿项不接触工装装炉圈5改进后装炉方式圈2010年第7期汽车工艺与材料AT&M129.生导琐场求,故对主轴轴颈跳动要求较高,对六缸大功率发动机而言,特别要控制3,4,5主轴轴颈跳动,以免在发动机运行时发生曲轴的"抱瓦"或"拉瓦"等质量事故.我厂采用的加工工艺为主轴轴颈及连杆轴颈圆角淬火一低温回火一修整中心孔一磨全部的主轴轴颈一磨全部的连杆轴颈,且在加工过程中不允许对曲轴进行校直.在我厂某一大功率曲轴的生产调试过程中,磨削后出现第3,4,5主轴轴颈跳动超差,实际情况第3,5t轴轴颈跳动平均值为0.082mm,最大为0.13mm,偏于公差上限,第4主轴轴颈跳动平均值为0.1mm,最大为0.14mm,通过统计废品率达到了10%～35%,跳动超差直接导致曲轴报废,因此解决曲轴磨削工序变形超差的质量问题势在必行.2大功率曲轴磨削跳动超差的原因分析2.1当瞬时应力大于材料的弹性极限时,产生了曲轴的不均匀塑性变形曲轴在磨削时除了所受的磨削力外,还存在淬火时工件内部产生的残余应力,虽然经过回火工序,该残余应力得到释放,但不可能完全释放.还有在磨削时因偏磨产生的组织应力.当存在磨削烧伤时,因组织转变而形成组织应力.在磨削主轴轴颈和连杆轴颈时,因有中心架抵消磨削力,因此曲轴所受的瞬时力大于材料弹性极限的可能性很小,曲轴在磨NH,1-所受的磨削力是不可能消除的,所以这种情况并不是产生曲轴变形的主要原因.通过多次调整磨削参数,磨削方式及磨削顺序,都无法从根本上解决磨削后曲轴的变形超差问题,这样间接证明了磨削工序并不是曲轴变形的主要原因. 2_2磨削过程中释放的残余应力导致曲轴变形曲轴内部的残余应力,主要是在淬火过程中因热胀冷缩的体积变化,以及因相变时新旧两相比容差异而发生的体积变化形成的.该残余应力的大小决定了曲轴淬火变形的大小:该残余应力经过回火后部分得到释放,但不可能完全释放.因此,在磨削时剩余残余应力释放导致曲轴变形.2.3轴颈内外两侧受力不均.导致曲轴变形淬火后曲轴表面存在很大的压应力,该压应力从表面向内部递减,磨削时如果偏磨,将造成曲轴表面压应力的变化,在相对方向不均衡的情况下,导致曲轴变形.为了验证残余应力及偏磨对曲轴变形的影响,做了如下试验.(1)在前期加工的曲轴中挑取淬火后第4主轴轴颈跳动在O9～10mm之间的曲轴3根,这3根曲轴淬火前全部是合格曲轴,对这3根曲轴的相位进行测量,测量结果见表1.相位全部因淬火变形而发生变化,该3根曲轴中心孔修正后,第4主轴轴颈跳动在0.6～0.8mm之间;磨削后第3,4,55轴轴颈跳动全部超差,第4主轴轴颈跳动全部为0.16mm,第3,5主轴轴颈跳动为O.13～0.15mm.由此可见,淬火变形导致连杆轴颈相位变化,后续磨削时产生偏磨, 曲轴跳动超差:淬火后内应力过大,导致后续磨削时内应力释放,曲轴跳动超差.(2)加工3根内铣相位为15'的曲轴,相位超差3.～5..淬火后曲轴变形控制在O.6mm以内:中,CqL 修正后,第4主轴轴颈跳动控制在O.35mm以内:磨削后第4主轴轴颈跳动为0.15～0.18mm,3根曲轴跳动全部超差.30f汽车T艺与材料AT&M2010年第7期.生亭礤锚经过以上分析发现,曲轴磨削后变形超差的主要原因如下.(7)淬火后曲轴内应力过大,导致曲轴变形超差.虽经回火后应力得到一定的释放,但仍有较大的残余应力带到了磨削工序中.在曲轴磨削过程中,残余应力持续释放而导致跳动超差.(2)因淬火变形导致曲轴相位发生变化,致使磨削时连杆轴颈发生偏磨,导致曲轴因受力不均产生变形.通过以下方法可解决磨削后的曲轴变形.(1)控制淬火后的曲轴变形.(2)控制曲轴的内应力.(3)降低曲轴的变形量,减少曲轴偏磨.(4)通过更改磨削工艺,控制曲轴内应力的释放,避免曲轴变形超差.3曲轴淬火变形,内应力过大的原因分析及其解决措施3.1影响曲轴变形的原因分析(1)由于热胀冷缩和组织转变,发生了体积的变化,导致材料内部产生应力.当瞬时应力大于材料的弹性极限时,产生了曲轴的不均匀塑性变形;当轴颈淬火层深不均匀和轴颈侧面的淬火高度过高时,特别是连杆轴颈与第4主轴轴颈层深不均匀和轴颈侧面的淬火高度过高(连杆轴颈内外结构不一样,直接导致淬火层深不均匀和侧面淬火高度过高对整个曲轴的变形影响最大),轴颈的塑性变形不一样,引起曲轴变形.(2)曲轴在加热和冷却过程中,因为热胀冷缩和组织转变而引起曲轴整体长度变化,此时要求曲轴可以自由伸缩,尾架顶紧力不能太大,如果太大则曲轴将会发生塑性变形.(3)毛坯内应力和机械加工应力的存在,对淬火过程中的瞬时应力有叠加作用,导致曲轴产生不均匀的塑性变形.(4)盐轴在淬火过程中,感应器对曲轴的压力不能太大,力度调整到感应器在淬火过程中正好不脱离曲轴,特别是在曲柄的上,下支点,感应器对曲轴的压力不能差别太大,否则直接引起曲轴的变形.3.2表面感应淬火内应力形成的一般规律零件在加热和冷却过程中,将发生热胀冷缩的体积变化,以及因相变时新旧两相比容差异而发生体积变化.热传导过程中由于零件的表面比心部先加热或冷却,在截面上各部分之间存在温差,致使零件表面和心部不能在同--8,1-期发生上述的体积变化,各部分体积变化相互牵制而产生内应力.加热或冷却速度越大,在零件截面上的温差增大,形成的内应力便越大.热处理过程中所形成的内应力可称为瞬时应力;热处理后在零件内存在的应力则称为残余应力.瞬时应力随着温度的变化而改变其应力大小和方向.如果瞬时应力始终小于材料的弹性极限时,则引起瞬时应力的原因消失后,瞬时应力随即消失;但若瞬时应力大于材料的弹性极限而弓1起不均匀塑性变形,那么当造成应力的原因消失后而保留在零件之中的内应力即为残余应力.根据内应力形成的原因不同,又可分为由温差引起的胀缩不均匀而产生的热应力和由相变不同期及组织不均匀产生的组织应力.3.3解决层深均匀性和侧面淬火高度的措施分析该大功率曲轴生产线所用淬火机是进口法国的EFD淬火机,进口感应器不但价格昂贵,而且热效率极低,因此有必要对进口感应器国产化.在使用进口感应器调试过程中,层深均匀性和淬火后曲轴变形均未得到解决.根据切片结果,对感应器有效圈进行了改进,层深均匀性得到了一定程度的提高,但是侧面淬火深度和高度,仍有一定的缺陷,因此淬火后曲轴变形超差的质量问题,仍未得到彻底解决.通过两轮国产化感应器中间试验,根据前期切片结果,又对感应器有效圈进行了优化试验,层深均匀性和侧面淬火高度均得到彻底解决.为了获得均匀的有效硬化层深度,在感应加热周期内,圆角区要比圆柱区提供更多的能量,以弥补热传导损失的热量.2o10年第7期汽车工艺与材料AT&Ml31.生产碗场由传热学可知,沿某方向通过微区面积ds=dyXdz的热流量是:dqx=/1X(dT/dX)XdsXdt(1)式中,为材料的导热系数;d7-/dX为沿方向该点的温度梯度:df为微量时间.由上式可知,热传导损失的热量与导热系数,温度梯度,导热面积和加热时间成正比.同一轴颈加热时,圆角区和圆柱区的导热系数和加热时间是相同的.导热面积可以分别计算出来,但是两处的温度梯度不同,而且随加热时间而变,要精确计算温度梯度对热流量的影响是十分困难的.定性分析和实践表明,感应加热时,圆角区的升温快,因为沿加热层深度方向和加热区的边缘温度梯度大,热流量损失大,相反则圆柱区的热量损失小.切片试样及切片结果,正好与分析的状况相同.由于有效圈几何形状设计不合理且焊点较多,导致感应器效率低,为了满足层深的工艺要求,必须增加加热时间,加热时间过长导致淬火后变形量过大而造成曲轴报废,此期间曲轴淬火后跳动超差的废品率达到了60%～70%.具体淬火参数见表2.进口感应器有效圈结构见图1.轴颈功率/kw加热时I'~/s冷却时l'~/s备注王袖轴颈2—6180/160/14016/22/2216/16/163组参连许轴颈1～6120～180璃零龠蘑I王轴轴颈318022||蔼∞王轴轴颈1||.180一16薯l虽然影响圆角区温度和圆柱区温度的因素除了热传导之外,还有表面热辐射损失,但是由于加热时间短(12～14s左右),热损失之差不大于3%,可以忽略不计.因此,感应器的设计就是要使圆角处得到足够的热量.(1)进口感应器优,缺点分析进口感应器采用的是有效圈圆弧段与曲轴轴颈表面成45.的结构形式,形状采用的是异型结构(见图1).该感应器有效圈圆弧段设计完全基于使圆角处得到足够的热量,有效圈圆弧段磁场直接作用在圆角和侧面直接加热,而轴颈处硅钢片数量太少,因圆角处的热量损失最大,如果轴颈处热量仅靠圆角处的热量传递,在短时间内不能满足轴颈层深的需要,这是造成感应器效率低的主要原因.该感应器有效圈不是一个整体,由很多部分焊接而成,焊点很多,功率损失大,这是造成感应器效率低的次要原因.此种感应器有效圈圆弧段设计极易出现马鞍形淬火层深,圆角处与轴颈处层深差别太大.如果欲满足轴颈层深的工艺要求,必须增加加热时间,当时的加热时间为22～24S,加热时间越长,曲轴变形越大.采用这种结构形式,能很好地保证侧面淬火高度.查阅前期曲轴的图1进口感应器有效圈结构(2)第一轮感应器优,缺点分析第一轮感应器采用的是有效圈圆弧段与曲轴轴颈表面成0.的结构形式,有效圈是由1OmmX1Omm的标;隹矩形铜管制作而成(见图2).该感应器有效圈圆弧段磁场直接作用在侧面和轴颈上,直接对侧面和轴颈加热,而圆角处大部分热量是由轴颈和侧面传32J汽车T艺与材料AT&M2010年第7期生产碗场.±搬汤导而来,再加上轴颈处还有部分硅钢片,且该感应器有效圈圆弧段是一整根铜管弯制而成,没有焊点,从而使感应器效率得到极大提高.因此种有效圈圆弧段设计极易出现侧面深度太深,圆角处深度太浅,层深不均匀,故引起曲轴变形.由于感应器热效率的提高,淬火功率和淬火时间都有了适当的缩短,曲轴变形与进口感应器相比,下降了很多,但是仍旧存在40%的废品,因此进～步对感应器有效圈结构进行改进势在必行,具体淬火参数见表3.第一轮感应器有效圈结构见图2.轴颈功率/kW加热时1~1/s冷却时I'~1/s备注图2第一轮感应器有效圈结构(3)第二轮改进感应器优,缺点分析第二轮改进感应器采用的是前有效圈左侧圆弧段与曲轴轴颈表面成0.,前有效圈右侧圆弧段与曲轴轴颈表面成45.,后有效圈左侧圆弧段与曲轴轴颈表面成45.,后有效圈右侧圆弧段与曲轴轴颈表面成0.的结构形式,有效圈是由6mm×12mm的异形铜管制作而成,见图3.该感应器有效圈圆弧段磁场--N直接作用在圆角和侧面上,直接对侧面和圆角加热i而另一侧有效圈圆弧段磁场直接作用在侧面和轴颈上,对轴颈与侧面加热i再加上轴颈处还有部分硅钢片,且该感应器有效圈圆弧段是一整根异形铜管弯制而成,没有焊点.f!t~IL,该感应器效率很高.该感应器很好地保证了侧面淬火高度(侧面淬火高度工艺要求为6min).前有效圈剖面图后有效圈剖面图图3第二轮改进感应器有效圈结构2o1o年第7期汽车I艺与材料AT&Mf33生产硬场该感应器综合了进口感应器和第一轮感应器所有优点,同时避免了以上两种感应器的缺点,感应器的效率和稳定性都有了很大的提高,加热功率和加热时间又在第一轮感应器的基础上进行了缩短,切片结果显示,层深均匀性及侧面淬火高度全部优于前两轮感应器切片结果,具体淬火参数见表4,淬火层深切片数据见表5.轴颈功率/kW加热时间/s冷却时I'~1/s备注轴颈左罢淬右星淬轴曩火3.4毛坯内应力的控制方法(1)在前期生产过程中,毛坯厂为了节省节拍时间,缩短了曲轴的正火时间,因此为了降低曲轴毛坯的内部应力,必须保证正火炉温的均匀性和正火的时间,以保证内部组织的均匀性,避免产生内应力. (2)在目前国内的锻造水平下,如dC11曲轴毛坯.国内很难保证一次锻造成形,锻造后很多地方不能满足毛坯图纸的工艺要求.为了降低废品率,毛坯厂对不能满足工艺要求的部位(如充不满,有凹陷等)进行堆焊,而堆焊后又没有按照正规的热处理工艺进行去应力退火,因此为了消除堆焊产生的内部应力,对毛坯厂提出了以下2点要求.a.尽量避免对毛坯进行堆焊.b.对部分必须堆焊的毛坯,按正规热处理工艺进行去应力退火.3.5尾架顶紧力与感应器配重的调整(1)为了保证曲轴在淬火过程中的自由伸缩,尾架项紧力应尽可能小,经过2轮工艺试验,尾架项紧力由2X10Pa降低为O5X1OPa,益轴淬火后第4主轴轴颈跳动量平均降低O.18mm.(2)为了防止曲轴在淬火过程中产生塑性变形,必须尽量降低感应器对曲轴的压力,特别是在曲柄上,下支点的压力,如果曲柄上,下支点的压力差太大,则外力叠加后导致曲轴产生塑性变形.3.6淬火工序改进前,后数据对比分析在该曲轴前期投产过程中,淬火后曲轴变形过大一直是曲轴生产线质量控制的一个难点,整条曲轴生产线因为淬火后曲轴变形过大而无法顺利生产.曲轴生产线的淬火工序废品率一直居高不下,废品率达到了40%之多(回火后第4主轴轴颈跳动工艺要求为0.8 mm),回火后国产毛坯的第4主轴轴颈跳动平均在O.79mm.为了挽救曲轴,部分跳动超差的曲轴不得不继续下流,靠磨床来挽救,这不但造成了对磨床的损害,而且造成人力,物力的极大浪费.改进前,国34I汽车工艺与材料AT&M2010年第7期.生产琐扬产毛坯回火后曲轴第4主轴轴颈跳动数据见表6.两轮的国产化感应器中间试验,对感应器有效圈结构进行了改进,调整了尾架项紧压力和感应器压力,有效地控制了毛坯内应力的产生.目前,淬火后曲轴变形已基本得到很好地控制,淬火后国产毛坯的第4主轴轴颈跳动平均在0.28mm左右,回火后基本能控制在0.22mm左右,废品率控制在1%以内(淬火后第4主轴轴颈跳动工艺要求为08mm,回火后第4主轴轴颈跳动工艺要求为O.6mm),很好地满足了后续加工工艺的要求.改进后国产毛坯淬火,回火后曲轴第4主轴颈跳动数据见表7.4减少偏磨,避免曲轴因表面应力分布不均而产生变形在磨削主轴轴颈时,以顶尖孑L为基;隹,要想避免曲轴产生偏磨,必须控制曲轴淬火的变形.根据前面零件号淬火回火的分析可知,曲轴在淬火时因应力的作用,变形不可避免.特别对大功率曲轴而言,目前需要解决的是尽量降低曲轴的变形量,通过修正中心孔来降低轴颈对顶尖的跳动,尽而减少曲轴的偏磨,避免曲轴因表面应力分布不均而产生变形.目前,我厂曲轴中心孔修正采用的方法是以第2,6主轴轴颈中心轴线为基准,设备修正后的中心孔中心连线与第2,6主轴轴颈中心轴线理论上应重合, 也就是说,修正后的中心孔反映第2,6主轴轴颈中心轴线.从目前现场加工的曲轴来看,对后续减少偏磨量的效果明显,修正效果很好.该修正方法仅适合于淬火后变形规则的曲轴,如果淬火后出现"S"曲轴,该修正方法对磨削将产生不利影响.5更改磨削工艺,控制曲轴内应力的释放,避免曲轴变形超差为了将曲轴内部应力进行释放,可以先对曲轴主轴轴颈进行预磨(必须保证轴颈圆度),然后再磨削全部连杆轴颈,这样可以提前将曲轴内部应力进行释2010年第7期汽车T艺与材料A T&M『35生产碗琶放,最后再精磨全部主轴轴颈,这种磨削方式可以在保证曲轴质量的同时,避免曲轴变形超差.采用这种方法的前提是必须新增磨床或改为双砂轮磨床,我厂该曲轴线已不可能采用该方式.后期再建新的生产线时,可以提前考虑采用这种磨削方式或采用双砂轮磨床,以避免曲轴因前序内应力过大而产生曲轴变形超差.6磨削工序改进前后效果对比验证改进前,因淬火后曲轴内应力较大,曲轴变形过大,磨削后因内应力释放,一直存在着磨削工序跳动超差的质量问题(工艺要求第2,3,5,6主轴轴颈跳动为0.1mm,第4主轴轴颈跳动为0.13mm).实际情况第3,5主轴轴颈跳动平均值为0082mm,最大为0.013mm,第4主轴轴颈跳动平均值为01mm,最大为O.14mm.通过对多批曲轴分批进行统计,磨削工序废品率达到了10%～35%之多,改进前磨削工序后曲轴第3,4,5主轴轴颈跳动数据见表8.零件号第3主轴颈第4主轴颈第5A.轴颈通过对感应器有效圈的改进设计及毛坯应力的控制,对尾架项紧力和感应器配重调整,解决了曲轴淬火变形,降低了曲轴的内应力,进而彻底解决了磨削后曲轴变形超差.通过对该工序160件曲轴进行跟踪检测,结果没有一根曲轴磨削后跳动出现超差,该工序因跳动超差的废品率降为零,第3主轴轴颈跳动平均值为0044mm,第5主轴轴颈跳动平均值为0.045mm,第4主轴轴颈跳动平均值为0.047mm,改进后磨削工序后曲轴第3,4,5i轴轴颈跳动数据详见表9.零件号第3主轴颈第4主轴颈第5主轴颈7G00087GOOlO7G00057Go0237C-00227G0127G0o067G00147G00177G0O16002…q∞|薯0:03&077结束语欢迎订购EEC指令(中英文对照版)0为了满足目前我国汽车行业对国外汽车法规了解和掌握的迫切需要,国家汽车质量监督检验中心(长春)与莱茵技术(上海)有限公司北京办事处合作组织汽车行业专业人士翻译了最新EEC指令,并委托《汽车文摘))杂志编辑出版.全套,丑EC指令共计58本,并附光盘一张,为中英文逐页对照形式,便于使用.黪.该EEC指令由《汽车文摘》杂志编辑部负责向汽车行业各企业推广销售,价格为7500~L/套,欢迎各企业来电咨询嗡受一联系人:杜女士电话:0431:85789859传真:0431:85789810E—mail:**************** I36f汽车212艺与材料AT&M2010年第7期∞∞∞O.OOOOO^U^OO^嘶∞∞叭∞O0OOOOOO0。
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一种曲轴连杆颈的随动磨削方法
本发明属于机械加工方法类，具体是一种曲轴连杆
颈的随动磨削方法，具体是：在水平面上设置两根
中心线互相平行的旋转轴，第一旋转轴连接曲轴并
带动曲轴旋转，其旋转中心线与曲轴主轴颈中心线
重合，第二旋转轴上装有砂轮架，砂轮中心线平行
于旋转轴中心线且与第二旋转轴中心线的距离等
于曲轴连杆颈中心的偏心距，在第二旋转轴下方装
有一水平导轨；将曲轴连杆颈中心线与第一旋转轴
中心线之间的连线与水平面之间的夹角调整到与
砂轮中心线与第二旋转轴中心线之间的连线与水
平面之间的夹角相同；同步旋转两根旋转轴，调整
水平导轨的位置即可将连杆颈加工成所需的直径。
本发明加工精度高，效率高，经济性好。
一种曲轴连杆颈的随动磨削方法
一种曲轴连杆颈的随动磨削方法，其特征在于：在一水平面上设置两根中心线互相平行的旋
转轴，第一旋转轴连接曲轴并带动曲轴旋转，其旋转中心线与曲轴主轴颈中心线重合，第二
旋转轴上装有砂轮架，砂轮架上砂轮中心线平行于旋转轴中心线且与第二旋转轴中心线的距
离等于曲轴连杆颈中心的偏心距，在第二旋转轴下方装有一水平导轨，其运动方向与旋转轴
中心线垂直；将曲轴连杆颈中心线与第一旋转轴中心线之间的连线与水平面之间的夹角调整
到与砂轮中心线与第二旋转轴中心线之间的连线与水平面之间的夹角相同；同步旋转两根旋
转轴，砂轮即可将连杆颈加工成圆形，调整水平导轨的位置即可将连杆颈加工成所需的直径。