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浅谈发动机曲轴加工工艺技术

2019-05-21林升垚

中国新技术新产品 2019年9期
关键词:加工工艺曲轴发动机

林升垚

摘 要:曲轴是发动机关键零部件,主要负责扭矩与运动传递,整体加工以及装配精度要求极高,是加工企业关注重要对象之一。为达到最优化发动机曲轴加工效果,该文将以曲轴加工技术设计原则介绍为切入点,通过对发动机曲轴加工过程的分析,对其加工工艺技术展开全面论述,旨在提高发动机曲轴加工工艺水平,保证整体发动机使用质量。

关键词:加工过程;曲轴;发动机;加工工艺

中图分类号:TH162 文献标志码:A

曲轴是发动机动力传递的重要零件,运行环境较为复杂,会承受一定程度的冲击载荷。加工企业一直极为注重曲轴加工,对曲轴动平衡、材质以及加工精度等控制极为严格。由于曲轴加工难度相对较高,加工工艺技术以及结构参数水平会对整机重量、尺寸等产生直接影响,是保证发动机正常运转的关键,所以对曲轴加工工艺展开深度研究是极为必要的。为达到理想化零件加工模式,研究人员首先应对零件加工设计原则进行明确。

1 曲轴加工技术设计原则

(1)由于在发动机运行时,曲轴不仅要承受一定程度的冲击荷载,同时还肩负动力传递重任,整体加工难度极大。就本质而言,曲轴是刀具、机床、夹具以及零件工艺系统中,最为薄弱的环节,如果零件稳定性不达标,就会对加工质量与加工时间统一性形成直接影响,加工精准度要求较高。所以零件加工技术设计人员,需要做好切削刃布置优化,要通过对各种类型表面切削参数实施完善的方式,对切削面精度以及平滑程度进行保证。

(2)随着各项研究的不断深入,各种高效加工设备以及加工工艺已经在曲轴加工中得到了广泛应用,整体零件加工质量与效率得到了其实提升。数控随动CBN磨削、曲轴车车拉以及高速随动外铣等设备、技术的运用,为曲轴加工精准度提升也形成了极大的推动。所以设计人员要加强对各种技术与设备的研究力度,要按照曲轴加工要求以及各项技术标准,合理对其进行使用,以保证最终零部件加工质量。

2 曲轴加工过程

在此将以典型曲轴加工为例,对曲轴加工过程展开详细分析。该次曲轴加工材料为20Cr,毛坯应保持在240HBS左右,偏心圆柱面局部以及两支撑轴颈淬火为46HRC左右。由于该次零件加工涉及要素相对较多,所以采用数控机床展开该次施工。

具体施工步骤如下:1)轴端面加工。加工人员会通过对铣床或车床的运用,对轴端面实施加工,并会在加工完成后,通过对专用夹具的运用,对轴定位孔展开处理;2)轴颈加工。由于该部分加工精度要求极高,所以在加工时,可先用淬火施工保证其硬度达到相应标准之后,再展开精加工处理;3)圆锥面加工。由于该部分并没有过高的精度要求,所以可在完成粗加工后,直接借助磨削手段,对表面精度进行保证;4)偏心圆柱面加工。该次曲轴偏心圆柱面设计直径为43 mm,精度要求较高,需先通过粗加工,再经过淬火、精加工的方式,对零部件实施处理,在此过程中,为防止柱面发生偏离,应利用专业夹具对零件进行固定;5)键槽加工。按照设计,该零件加工并没有特殊要求,所以可直接采用铣削方式对其进行处理。

3 曲轴加工工艺技术

3.1 毛坯选择、运输技术

在对毛坯进行选择时,如果为锻造件,由于整体留余量有限、模煅精度较高,所以并不需要实施粗车以及煅后正火施工;如果为铸造件,由于在加工时会受到刀具材质的直接影响,并且在加工过程中会产生大量废气,多以需对刀具与机床主轴展开冷却处理,以降低废气对于整体施工的影响。

在进行毛坯运输的过程中,一方面应通过对气动系统的运用,对机床天窗实施控制;另一方面应通过机械手对毛坯进行传输,以降低传输过程对零件所造成的损伤,保证整体传输效率。

3.2 粗加工技术

较为常见的曲轴粗加工工艺,主要有复合加工、车-车拉、外铣以及内铣等,合理的工艺运用,可达到有效降低粗加工切削变形概率,保证整体施工合格率的目标。在进行粗加工技术选择时,需要对以下几个方面的因素进行考量:1)确定毛坯余量。如果余量在5 mm或以上,需实施内铣、外铣施工,如果余量在3 mm或以下,则建议选择车-车拉以及车拉工艺;2)确定曲轴长度。一般长度在700 mm左右,建议使用连杆轴工艺、外铣、内铣主轴颈等技术实施处理;3)确定粗加工变形情况。为对变形问题形成有效控制,应先运用连杆轴颈以及外铣等技术,对毛坯余量展开处理,之后再运用车-车拉等技术实施后续施工,以达到较高水平的轴颈尺寸以及轴向尺寸。

3.3 铣削键槽技术与精磨技术

(1)铣削键槽技术。通常键槽加工会在实施精磨加工之前展开,高质量的键槽加工,能够为后续精加工开展连续性以及质量提供可靠保障,可有效降低振动对于刀具的损坏。一般来说,外圆键槽会在立式铣床中展开,而内孔键槽加工则会在插床中进行处理。

(2)精磨技术。如果零件表面处理精度要求较高,则需通过对表面实施精磨的方式,对零件展开科学施工。精磨技术使用,可有效提高加工表面质量等级,保证零件精度与相应要求相符。在进行磨削加工时,为防止出现零件表面温度过高的状况,需要在加工过程中运用冷却液对其进行冷却,以将表面裂纹问题产生概率控制在最低。

3.4 定心模式选择技术

曲轴定心加工主要分为质量定心以及几何定心2种方式,2种加工手段各具优势与不足,在实施曲轴定心加工时,技术人员需要参考各项因素,做出科学选择。一方面,要对毛坯质量展开综合评估,如果毛坯质量较为理想,建议使用几何定心,如果不理想,则应运用质量定心技术完成加工任务;另一方面,要对毛坯质量均衡性展开全面考量,如果均衡性水平较高,则应选择几何定心技术,从而有效减少在质量定心设备方面的投入,控制整体零件加工成本。由于国内毛坯制造书评一直处于不断上升的状态,所以几何定心技术将成为今后曲轴加工的主流趋势,值得展开进一步研究。

3.5 强化施工技术

在交变应力作用之下,曲轴轴颈面变化转接圆角很容易会出现应变破坏以及应力疲劳等问题,需要运用强化技术对其进行强化,以保证整体曲轴使用性能与质量。目前较为常用的强化工艺,主要有滚压以及软氮化2种。

滚压强化:该强化工艺分为外圆弧滚压以及沉割槽滚压2种,其中以后一种应用最为广泛。在實施滚压强化施工后,一般铸件疲劳强度可以提升到90 %左右,钢件可以提升到75 %左右,整体强化效果较为理想。在具体进行滚压施工时,会在半精加工完成后,展开沉割槽轮廓施工,并会在精磨施工开展前,做好滚压处理。在实施滚压强化施工时,技术人员需要对滚压区精磨施工予以高度关注,要通过对砂轮宽度展开科学设置的方式,防止过多滚压区被磨掉。此外,还要对砂轮圆角实施修正,做好滚压区避让施工,以防对强化施工开展形成阻碍。

软氮化强化:此种强化工艺可将曲轴疲劳强度提高到50 %左右,主要用于钢件加工,多会在精磨施工后展开。

4 结语

鉴于曲轴加工对于发动机使用所产生的重要作用,相关企业应进一步加强对发动机曲轴加工工艺的研究力度,要在对曲轴加工原则、加工过程进行明确的基础上,对粗加工以及强化加工各项加工工艺技术展开不断地研究与优化,以达到切实提升曲轴加工工艺水平的目标,确保各零部件加工都应达到相应设计标准与规范要求,能够更好地为发动机运转提供动力传递支持,进而为发动机稳定性运行提供可靠保障。

参考文献

[1]刘金林.汽车发动机曲轴非对称铸造工艺的开发[J].铸造工程,2018(2):1-4.

[2]吴振铭.发动机凸轮轴孔和曲轴孔的加工工艺[J].南方农机,2018(10):61.

[3]邢晨.发动机用曲轴加工工艺研究[J].中国新技术新产品,2017(12):56-57.

[4]雷宇鹏.发动机曲轴工艺及夹具设计[J].明日风尚,2017(1):8-9.

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