曲轴加工工艺讲义0210.ppt
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1、,曲轴加工工艺讲义,、曲轴功用、曲轴概述、曲轴常用材料及新材料介绍、曲轴工艺的设计原则、我厂曲轴的种类、我厂主要生产曲轴加工工艺介绍,目录,曲轴功用 曲轴:是发动机最重要的机件之一。为提高耐磨性和耐疲劳强度,轴颈表面经高频淬火或氮化处理,或圆角滚压,并经精磨加工,以达到较高的表面硬度和表面粗糙度的要求。它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力,传给底盘的传动机构。同时,驱动配气机构和其它辅助装置,如风扇、水泵、发电机等;工作时,曲轴承受气体压力,惯性力及惯性力矩的作用,受力大而且受力复杂,并且承受交变负荷的冲击作用。同时,曲轴又是高速旋转件,因此,要求曲轴具有足够的刚度和强度,具有良
2、好的承受冲击载荷的能力,耐磨损且润滑良好。,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。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐,曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机);V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。下图为dCi 11曲轴图片,7个主轴颈,曲轴后端油封轴颈,曲轴前端正时齿轮,6个连杆颈,8个平衡块,硅油扭震减振器具有更好的减振特性.与曲轴通过四个螺栓相连。,扭震减振器总成,dCi 11曲轴前端,与曲轴相连为:扭震减震器总成,飞轮上除齿圈外,还加工有信号盘(60-2)为整机提供转速信号。为保证可靠联接,通过12个M16螺栓与曲轴相连。,一轴轴承,dCi 11曲
3、轴后端,与曲轴相连为:飞轮总成,曲轴常用材料 根据发动机的工作状况,曲轴常用材料有:球墨铸铁、调质钢、非调质钢。对于汽油机曲轴,由于功率较小,曲轴毛坯一般采用球墨铸铁铸造而成,常用材料有:QT600-2、QT700-2、QT800-2、QT900-6、QT800-6、等温淬火球铁(ADI球铁)等。柴油机曲轴毛坯一般采用调质钢或非调质钢,调质钢常用材料有:45、40Cr或42CrMo;非调质钢常用材料有48MnV、C38N2、38MnS6。近年来,随着汽车排放要求的升级和超载的限制,以及降低制造成本的需要,对车用柴油机而言,一方面非增压柴油机逐步减少,增压、增压中冷柴油机逐步增多,且多数在原机型
4、上改进提高功率,但曲轴结构并无大的改进,另一方面又要求降低制造成本。为适应这种要求,我厂在曲轴材料选用和强化技术措施运用上与毛坯厂作了一些探索,试图制造出高可靠性和低成本的曲轴以适应整机和市场的要求,在材料的选用上力求以高强度高韧性的球墨铸铁或控温冷却的非调质钢,代替调质钢。但是目前我厂在球墨铸铁曲轴的使用上效果不是太理想,特别在中重型发动机曲轴上;目前我厂在中重型发动机上常用的曲轴材料为非调质钢。,下表为一些常见曲轴材料的性能指标:,曲轴材料的选用,工艺设计思路:基准先行注意基准转换曲轴属细长杆件零件,在加工中应尽量减少加工变形在曲轴产品要求中,主要有三个方向的基准:径向基准、轴向基准、角向
5、基准 工艺水平的选择:工艺水平是指完成零件制造所采用的工艺方法、设备、工艺装备以及生产组织形式的总称;工艺水平恰当可获最佳的技术经济效果。确定工艺水平应遵循以下原则:与生产纲领相适应的原则最佳经济效果原则积极采用与生产纲领相适应的新工艺、新技术,定位基准的选择:基准:是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面;基准根据功用不同可分为设计基准和工艺基准两大类。设计基准:是指设计图样上采用的基准。工艺基准:是在机械加工工艺过程中用来确定本工序的加工表面加工后尺寸、形状、位置的基准;工艺基准按不同的用途可分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。定位误差:基准不重合误差、基准位
6、移误差。.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面,曲轴角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、7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。,我厂曲轴的种类:,EQ491曲轴(已停产)EQ6100曲轴(西城作业部)EQD6102曲轴(西城作业部)EQD6105曲轴(青海曲轴厂加工)康明斯6B曲轴(已停产)康明斯6C曲轴(已停产
7、)4H 曲轴(康明斯作业部)dCi 11曲轴(dCi 11作业部)ZD30曲轴(轻型发动机有限公司),下面主要从轴颈粗加工-油孔加工-热处理-中心孔修整-两端孔加工-轴颈精加工-动平衡-抛光方面详细介绍目前我厂正在生产的几种曲轴加工工艺:,一、轴颈粗加工,EQD6102曲轴 轴颈粗加工加工工艺为:粗车第4主轴颈-粗磨第4主轴颈-粗车曲轴主轴颈及同轴轴颈-半精车曲轴主轴颈及同轴轴颈-精车第1、3、5、7主轴颈-铣连杆颈角向定位面-车连杆颈,具体采用的设备及定位方式如下:,粗车第4主轴颈,粗磨第4主轴颈,粗车曲轴主轴颈及同轴轴颈半精车曲轴主轴颈及同轴轴颈,精车第1、3、5、7主轴颈,铣连杆颈角向定
8、位面,车连杆轴颈,多刀车削,一次车削成形,采用与曲轴形状相同的靠模轴,对连杆颈进行跟踪车削,dCi 11曲轴 轴颈粗加工加工工艺为:车削第1、4、7主轴颈及两端轴颈-铣削2、3、5、6主轴颈及全部连杆颈,具体采用的设备及定位方式如下:,车削第1、4、7主轴颈及两端轴颈数控车床(该数控车为双刀盘双主轴),本道工序采用CNC单刀车削工艺,代替了我们一直使用的多刀车削工艺,不但加工质量有了很大的提升,而且优化了工艺流程,以前的多刀车削工艺需要多台机床,目前只需一台数控车就能完成所有轴颈的加工。为了更好地控制半长和避免数控车因曲轴毛坯轴向不稳打刀,数控车采用了RENISHAW测头,测量后根据零件半长进
9、行自动偏置。为了避免换刀后首件进行人工对刀,数控车采用RENISHAW自动对刀装置,换刀后进行自动对刀,避免人工对刀,节约了时间。,铣削2、3、5、6主轴颈及全部连杆颈:内铣,4H 曲轴 轴颈粗加工加工工艺为:粗车第1、4、5主轴颈、精车小端轴颈-精车第1、4、5主轴颈、精车大端轴颈-铣削第2、3主轴颈及全部连杆颈,具体采用的设备及定位方式如下:,粗车第1、4、5主轴颈、精车小端轴颈单驱动单刀盘数控车,精车第1、4、5主轴颈、精车大端轴颈单驱动单刀盘数控车,铣削第2、3主轴颈及全部连杆颈:内铣(小松),轴颈粗加工工艺总结:曲轴主轴颈及连杆轴颈的粗加工早期大都采用多刀车削工艺,如我厂早期 EQ6
10、100、EQD6102曲轴主轴颈加工所采用的S1-206以及连杆颈加工所采用的 S1-217、MX-4等都采用多刀车削。由于多刀车削加工工艺存在以下缺点,目前已逐步被后来开发出的 CNC车削、CNC外铣和CNC内铣所淘汰了。缺点如下:1.由于曲轴毛坯的加工余量比较大,在车削曲柄端面时是一种断续切削,高速切削时冲击力特别大,且曲轴的刚性差,易引起振动;2.曲轴车削时,常采用大宽度的成型车刀多刀切入的方法,这种方法解决了生产率低的问题,但在切削时使工件承受很大的切削力,容易产生变形而影响加工精度;3.在车削6缸机曲轴时,常采用中间传动的方式,使得工件装卸不方便,加工各档轴颈刀架及刀具位置需要分别调
11、整,因此更换品种时,重新调整工作量大。,随着曲轴粗加工工艺发展,多刀车削工艺越来越满足不了目前的轴颈粗加工质量要求和品种切换的需要,目前曲轴轴颈粗加工工艺已逐渐由数控车和内铣或外铣代替了以前的多车车削工艺;曲轴的铣削为克服传统车削的缺点而开发出曲轴的铣削设备,分为外铣和内铣。主要特点:1.设备刚性好,能很好地适应断续切削,生产效率高2.能对加工部位进行精度补偿3.产生的铁屑较细小4.刀具费用较高,需要配套设备,投资大5.有一定的柔性,刀具调整较方便、迅速,二、油孔加工,EQD6102曲轴 油孔加工工艺为:钻连杆颈上直油孔(摇臂钻)-钻1、2、6、7主轴颈上斜油孔(组合机)-钻3、5主轴颈上斜油
12、孔,具体采用的设备及定位方式如下:,钻直油孔摇臂钻,钻1、2、6、7主轴颈上斜油孔组合机,钻3、5主轴颈上斜油孔组合机,dCi 11曲轴 油孔加工工艺为:钻直油孔(枪钻)-钻斜油孔(枪钻)-油孔口倒角(台钻)具体采用的设备及定位方式如下:,钻直油孔钻斜油孔枪钻,偏心枪钻钻头,采用内冷高压油冷却,内冷压力为60公斤,每转0.02-0.03mm,4H 曲轴 油孔加工工艺为:钻直油孔、斜油孔及全部油孔口倒角 具体采用的设备及定位方式如下:,钻直油孔、斜油孔及全部油孔口倒角MQL技术麻花钻,麻花钻,采用微量润滑冷却,每转0.2mm,油孔加工工艺总结:油孔加工最早采用摇臂钻加工,内壁质量较差,刀具寿命较
13、低,设备柔性太 差,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,但是刀具寿命也相对较低,设备柔性较差,随着发动机排 放要求的提高,对油孔内壁粗糙度要求越来越高,目前已逐渐被枪钻和MQL 技术麻花钻代替,枪钻机床是一种深孔加工机床,在机床结构上与传统的钻镗类组合机床有很大 的区别,具有自己的特点:如刀具切削时独特的受力形式,排屑方法,对机床和切 削液的特殊要求等等。枪钻机床用来加工深孔加工深度一般可以做到枪钻直径的100 倍,采取措施以后可以达到直径的200倍以上。另外枪钻加工可以达到的精度很高,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,孔径
14、精 度可以达到IT7以上,粗糙度可以达到Ra63 RaO4,直线度最高可以达到01 1000。由于枪钻的这些特点,因此现代枪钻机床不但用来加工深孔,也经常用来 加工有精度要求的精密浅孔,一次加工出精度很高的浅孔,取代传统的钻扩铰加工 工艺,经常可以解决钻扩铰工艺不能解决的难题。,要使枪钻这种加工工艺能得以实现,有三个必要条件:第一要有合格的枪钻刀具,第二要有符合枪钻特殊要求的机床,第三要有符合枪钻加工的特殊要求的切削液。这三个条件缺一不可。虽说枪钻有很多优点,但相应也有很多缺点,如效率低,对机床和刀具要求较高,刀具寿命较低,内冷油消耗大,目前油孔加工越来越多的采用MQL技术麻花钻机床,该机床内
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