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曲軸的加工工藝、設(shè)計步驟、流程

: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-01-13

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引擎的主要旋轉(zhuǎn)機件，裝上連桿后，可承接連桿的上下(往復(fù))運動變成循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運動。是發(fā)動機上的一個重要的機件，其材料是由碳素結(jié)構(gòu)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(gòu)。曲軸的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(zhuǎn)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(jīng)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軸，由曲軸將直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動機的動力源。也是整個船的源動力。曲軸制造技術(shù)/工藝的進展 1、球墨鑄鐵曲軸毛坯鑄造技術(shù) (1) 熔煉高溫低硫純凈鐵水的獲得是生產(chǎn)高質(zhì)量球墨鑄鐵的關(guān)鍵。國內(nèi)主要是以沖天爐為主的生產(chǎn)設(shè)備，鐵水未進行預(yù)脫硫處理;其次是高純生鐵少、焦炭質(zhì)量差。目前已采用雙聯(lián)外加預(yù)脫硫的熔煉方法，采用沖天爐熔化鐵水，經(jīng)爐外脫硫，然后在感應(yīng)電爐中升溫并調(diào)整成分。目前，在國內(nèi)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，這對于多拐曲軸尤為重要。目前，國內(nèi)已有一些曲軸生產(chǎn)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(chǎn)線的只有極少數(shù)廠家，如文登天潤曲軸有限公司引進了德國KW鑄造生產(chǎn)線。 2、鋼曲軸毛坯的鍛造技術(shù) 近幾年來，國內(nèi)已引進了一批先進的鍛造設(shè)備，但由于數(shù)量少，加之模具制造技術(shù)和其他一些設(shè)施跟不上，使一部分先進設(shè)備未發(fā)揮應(yīng)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(shè)備多，同時，落后的工藝和設(shè)備仍占據(jù)主導(dǎo)地位，先進技術(shù)有所應(yīng)用但還不普遍。 3、機械加工技術(shù) 目前國內(nèi)曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機床和專用機床組成，生產(chǎn)效率和自動化程度相對較低。粗加工設(shè)備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)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，通常靠手工操作，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。隨著貿(mào)易全球化的到來，各廠家已意識到了形勢的嚴峻性，紛紛進行技術(shù)改造，全力提升企業(yè)的競爭力，近年來引進了許多先進設(shè)備和技術(shù)，進展速度很快。就目前狀況來講，這些設(shè)備和技術(shù)基本依賴進口。下面就哈爾濱東安動力、一汽大柴、文登天潤曲軸、濱州海得曲軸等公司的情況作以介紹。哈爾濱東安集團曲軸生產(chǎn)線為全自動柔性流水生產(chǎn)線，粗加工生產(chǎn)線由德國的專機自動線(LINDENMAIER)、數(shù)控車-車拉、數(shù)控高速隨動外銑(BOEHRINGER)、圓角滾壓機(HEGENSCHEIDT-MFD)和止推面車滾專機、淬火機(EMA)等組成;精加工生產(chǎn)線由日本的數(shù)控高速CBN磨床(TOYODA)、動平衡機、拋光機(IMPCO-NACHI)、檢測機、清洗機等組成。連桿軸頸加工則采用了數(shù)控高速隨動加工技術(shù)，全線采用高速CBN砂輪磨削技術(shù)，磨削線速度達到120m/s。文登天潤曲軸通過引進德、美、意等發(fā)達國家的先進設(shè)備，組建了具有當(dāng)今國際先進水平的大型曲軸生產(chǎn)基地，由CBN磨床、HAAS立式和臥式加工中心、意大利SAIMP磨床、德國HELLER曲軸內(nèi)銑床和SA-FINA拋光機等設(shè)備組成的機加工生產(chǎn)線已經(jīng)開始大批量生產(chǎn)。一汽大柴曲軸生產(chǎn)線粗、精加工工序位于不同的車間，從而保證了精加工車間的清潔。粗加工有曲軸質(zhì)量定心機、數(shù)控內(nèi)銑床等設(shè)備，精加工設(shè)備由英國LANDIS、日本TOYADA數(shù)控曲軸磨床等進口先進設(shè)備組成。濱州海得曲軸經(jīng)過技術(shù)改造，組建了數(shù)控曲軸機加工生產(chǎn)線，粗加工設(shè)備由數(shù)控車床、數(shù)控曲軸銑床等設(shè)備組成，精加工設(shè)備由數(shù)控磨床、數(shù)控砂帶拋光機、滾磨光整機等設(shè)備組成，近期準(zhǔn)備購進日本TOYADA工機數(shù)控磨床等關(guān)鍵設(shè)備，檢驗設(shè)備有美國ADCOLE曲軸三坐標(biāo)測量機(見圖3)、粗糙度儀等組成。值得一提的是，海得曲軸公司在全國專業(yè)曲軸生產(chǎn)廠家中率先應(yīng)用了球墨鑄鐵曲軸圓角滾壓和滾磨光整新技術(shù)，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。遼寧鴻發(fā)曲軸生產(chǎn)線經(jīng)過技術(shù)改造后，主要由三臺數(shù)控車床(進口VT36、CAK6163、CAK6150)、兩臺數(shù)控內(nèi)銑(S1-305B)為主的粗加工設(shè)備;七臺數(shù)控曲軸磨床(1臺進口CBN砂輪3L1、2臺H197B、4臺H229B)和熒光磁粉探傷機等精加工設(shè)備;去應(yīng)力采用8臺井爐，氮化處理采用7臺離子氮化爐，淬火熱處理采用法國進口EFD公司生產(chǎn)的CIHM12全自動淬火機床和推桿式回火爐。同時由美國進口的曲軸綜合測量儀可以對曲軸進行全尺寸檢驗，產(chǎn)品質(zhì)量得到了可靠的保障，同時具備了三條生產(chǎn)線同時加工的生產(chǎn)能力。可以看出，發(fā)動機曲軸制造技術(shù)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(chǎn)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(chǎn)需要而設(shè)計的數(shù)控曲軸磨床。該磨床應(yīng)用工件回轉(zhuǎn)和砂輪進給伺服聯(lián)動控制技術(shù)，可以一次裝夾而不改變曲軸回轉(zhuǎn)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(dǎo)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(chǎn)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(shè)計制造的柔性數(shù)控銑床，該設(shè)備應(yīng)用工件回轉(zhuǎn)和銑刀進給伺服連動控制技術(shù)，可以一次裝夾不改變曲軸回轉(zhuǎn)中心隨動跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸。VDF 315 OM-4高速隨動外銑采用一體化復(fù)合材料結(jié)構(gòu)床身，工件兩端電子同步旋轉(zhuǎn)驅(qū)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(shè)備操作說明書在人機界面上，通過輸入零件的基本參數(shù)即可自動生成加工程序，可以加工長度450~700mm、回轉(zhuǎn)直徑在380mm以內(nèi)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(shù) 曲軸的熱處理關(guān)鍵技術(shù)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(zhǔn)備，表面強化處理一般采用感應(yīng)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(shè)備有AEG全自動曲軸淬火機床、EMA淬火機床等。據(jù)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(jié)合使用進行復(fù)合強化，可使整條曲軸的抗疲勞強度提高130%以上。國內(nèi)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(chǎn)的機床應(yīng)用了變壓力滾壓和矯正專利技術(shù)，是比較好的圓角滾壓設(shè)備，但價格昂貴。目前國內(nèi)在這方面的研究也有了一定的成果，東風(fēng)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(shù)研究開發(fā)及應(yīng)用”解決了國內(nèi)企業(yè)化巨資引進國外技術(shù)的問題，該課題獲得了原國家機械工業(yè)局科技進步二等獎。曲軸制造技術(shù)的發(fā)展趨勢 1、鑄造技術(shù) (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(zhuǎn)包，研制新品種球化劑，采用隨流孕育、型內(nèi)孕育及復(fù)合孕育等先進孕育方法。熔化過程的各參數(shù)實現(xiàn)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(yīng)用。原有的高壓造型線將繼續(xù)使用，其中部分關(guān)鍵元件將得到改進，實現(xiàn)自動組芯和下芯。 2、鍛造技術(shù) 以熱模鍛壓力機、電液錘為主機的自動線是鍛造曲軸生產(chǎn)的發(fā)展方向，這些生產(chǎn)線將普遍采用精密剪切下料、輥鍛(楔橫軋)制坯、中頻感應(yīng)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(zhuǎn)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(shù)調(diào)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(shù)據(jù)并與定值比較，選擇最佳變形量以獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。由中央控制室監(jiān)控整個系統(tǒng)，實現(xiàn)無人化操作。 3、機械加工技術(shù) 曲軸粗加工將廣泛采用數(shù)控車床、數(shù)控內(nèi)銑床、數(shù)控車拉床等先進設(shè)備對主軸頸、連桿軸頸進行數(shù)控車削、內(nèi)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(zhì)量的穩(wěn)定。高精設(shè)備依賴進口的現(xiàn)狀，估計短期內(nèi)不會改變。 4、熱處理技術(shù)和表面強化技術(shù) (1)曲軸中頻感應(yīng)淬火曲軸中頻感應(yīng)淬火將采用微機監(jiān)控閉環(huán)中頻感應(yīng)加熱裝置，具有效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、運行可控等特點。 (2)曲軸軟氮化對于大批量生產(chǎn)的曲軸來說，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，今后將采用微機控制的氮基氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線。氮基氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線由前清洗機(清洗干燥)、預(yù)熱爐、軟氮化爐、冷卻油槽、后清洗機(清洗干燥)、控制系統(tǒng)及制氣配氣等系統(tǒng)組成。 (3)曲軸表面強化技術(shù) 球墨鑄鐵曲軸圓角滾壓強化將廣泛應(yīng)用于曲軸加工中，另外，圓角滾壓強化加軸頸表面淬火等復(fù)合強化工藝也將大量應(yīng)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。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(chǎn)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(zhuǎn)變溫度，止推面表層金屬的回火馬氏體組織將轉(zhuǎn)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(xiàn)二次淬火馬氏體組織，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(xiàn)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: 回答者：網(wǎng)友

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