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1、幻灯片1曲轴加工工艺分析一拖（洛阳）柴油机公司2013年07月08日1幻灯片2大家好！欢迎到千年帝都、牡丹花城洛阳来作客！幻灯片3l 洛阳是国务院首批公布的历史文化名城之一l 洛阳是“丝绸之路”起始点之一l 洛阳是中国历史上唯一被命名为“神都”的城市l 洛阳是中国历史上建都时间最早、建都时间最长的城市l 洛阳是中国优秀旅游城市和“感动世界的中国品牌城市”l 洛阳是中国重工业城市之一幻灯片4幻灯片5幻灯片6幻灯片7幻灯片8幻灯片9幻灯片10幻灯片11幻灯片12幻灯片13一一、发动机概述二、曲轴的功能三、曲轴加工工艺浅析四、典型的曲轴失效形式及分析13幻灯片14 一、发动机概述幻灯片15(1).发
2、动机概述 内燃机是将燃料在其燃烧室中燃烧产生的热量直接转化为机械能的一种动力机械。幻灯片16(2)发动机分类：从所用燃料分：汽油机，柴油机，天然气发动机，双燃料发动机从着火方式分：压燃式，点燃式从冲程数分：四冲程，二冲程从汽缸冷却方式分：水冷，风冷从增压程度分：自然吸气，增压，增压中冷（水空中冷及空空中冷）从汽缸排列方式分：直列式，V型从混合气准备方式分：化油器式，直喷式从用途分：拖拉机用，汽车用，工程机械用，船用，发电机组用 幻灯片17(3)柴油机基本构成1.机体和气缸盖2.曲柄连杆机构，3.配气机构4.供给系统（包括燃料供给系统和进、排气系统），润滑系统，冷却系统，启动装置5.增压系统（对
3、于增压机）幻灯片183.1机体和气缸盖 缸体：内燃机的骨架，内燃机所有零件几乎都要装在它上面。幻灯片19缸盖：密封汽缸上平面，并与汽缸和活塞组成燃烧室。幻灯片203.2 曲柄连杆机构简图 往复活塞式内燃机的的主要工作机构，它承受燃料燃烧时产生的气体力，并将此传递给曲轴对外输出做功，同时将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，是实现热功转换的主要机构。幻灯片21 21幻灯片223.3 配气机构简图 按照内燃机工作循环要求，保证新鲜空气或可燃混合气体适时充入汽缸，并将燃烧后的废气及时排出幻灯片233.4.1燃料供给系统幻灯片243.4.2进/排气系统幻灯片253.4.3润滑系统l 减磨、冷却、清洗、
4、密封、防锈3.4.4冷却系统幻灯片263.4.5启动系统启动系统包括：电瓶、导线、启动电机。3.4.6增压系统介绍 增压是在没有增加柴油机的排量和转速的情况下，提高动力性、经济性和降低排放的有效手段，也是柴油机的发展趋势。 在高原地区，由于空气稀薄，非增压机的功率就会明显下降。增压器在高原运行时随着海拔高度的升高，其转速也会升高，增压压力就会升高。而增压机由于这些自身的调节，功率不会明显下降幻灯片27二、曲轴的功能幻灯片28(1)曲轴概述及组成 1.1 曲轴是活塞式发动机中的一个重要零件，用来将活塞的往复运动转变为旋转运动。承受冲击载荷、并且对外输出功率。 曲轴和连杆、活塞等一起组成曲柄连杆机
5、构。发动机工作时，活塞向下的推力，经连杆传到曲轴，由曲轴将活塞的往复运到变为曲轴绕其本身轴线的旋转运动，并向外输出功率，经传动系驱动汽车或拖拉机。 幻灯片29 曲轴在使用中的磨损是决定发动机是否需要大修的一个主要因素，如果曲轴质量没有保证，将严重影响整机的寿命。 因此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。其中曲轴机械加工不仅影响曲轴质量，而且还与生产率和成本等有密切关系。幻灯片301.2.曲轴的组成：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）幻灯片31l幻灯片32三、曲轴加工工艺浅析幻灯片33(一)、定位基
6、准的选择1.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.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，曲轴径向定位一般选取平衡块的定位平台或法兰上的定位孔。幻灯片34(二)、 曲轴工艺性分析 2.1 质量中心孔及几何中心孔的选用 如果毛坯质量好，留有的加工余量小，且加工余量分布均匀，曲轴的质量中心基本上与几何中心重合，则不必花费较高的
7、经费购置定心设备，而选用几何中心孔，节省昂贵的质量定心设备投资。目前西欧各国对于质量良好的毛坯，经多年实践验证，推荐采用几何中心孔。 幻灯片35 如果毛坯质量较差，毛坯加工的余量大，而且余量分布不均匀，则优先选用钻质量中心孔。因初始不平衡量较大，如果钻几何中心孔，质量分布的不均匀，使转动惯量较大，易损害加工设备精度。再则，在进行精平衡时，动平衡机对上机允许平衡的初始不平衡量有一定要求，超过规定要求的不能进行平衡。为了达到平衡精度要求，因此，也必须选用质量定心，进行第一次动平衡，控制初始不平衡量。在精平衡时才能经动平衡去重检测合格。幻灯片362.2 曲轴粗加工 曲轴粗加工工艺从设备出现的先后历经
8、了单刀车、多刀成型车、外铣、内铣、车拉、车车拉、高速随动外铣、复合加工工艺。由于外铣、内铣、车拉、车车拉、高速随动外铣是多个刀片交替进行加工，并且为小片状切屑，可产生较小的径向切削力，有效的减小了曲轴粗加工的切削变形，变形量大的多刀成型车逐渐淘汰。 通常曲轴长度在在700mm以下时采用车车拉、外铣工艺居多；曲轴长度在700mm以上时多采用外铣或内铣曲轴主轴颈和连杆轴颈工艺。 幻灯片37 毛坯余量的大小也是选择铣削或车拉、车车拉工艺的依据之一，毛坯余量大，通常5mm（单边余量），常采用外铣或内铣工艺，毛坯质量好,余量3mm（单边余量）常采用车拉、车车拉工艺。 曲轴粗加工也可以先进行内铣（或外铣）
9、主轴颈和连杆轴颈，去除大部分余量，释放应力再进行车车拉主轴颈和连杆轴颈，这样对减小曲轴的粗加工变形更为有利，经过车车拉后，曲轴相当于进行了粗磨，获得了较高的轴向尺寸和轴颈尺寸精度。 以下就曲轴粗加工各类工艺优缺点及适用范围列表，在曲轴粗加工工艺确定时以作参考。幻灯片38表2-1 曲轴粗加工工艺比较表序号工艺名称优点缺点适用范围1单刀车机床简单，可用普通车床；投资少；刀具简单、便宜；加工效率低；曲轴变形大；自动化程度低；加工精度低。单件、小批量生产2多刀成型车机床较简单；投资较少；刀具简单、便宜；加工效率较高。曲轴变形较大；自动化程度低较低；加工精度较低。成批、大批量生产3外铣较高的切削速度（可
10、300m/min）；较短的切屑时间；切削力较小；工件温升较低；尽可能多的刀片；刀具寿命高；加工精度高。设备投资中等；刀具为专用刀具，价格较高。适合曲轴长度在700mm以下成批、大批量生产。4内铣刀片数量较少；可承受较大负荷；单件刀片成本低，刀具寿命可达外铣2倍左右；只能加工不带轴向清根曲轴；不易对刀；非切屑时间较长，加工工序时间比外铣多30%50%；设备投资高；刀具为专用刀具，价格高。适合曲轴长度在700mm以上余量较大成批、大批量生产。幻灯片39续表2-1 曲轴粗加工工艺比较表序号工艺名称优点缺点适用范围5车拉、车车拉是加工带轴向清根曲轴唯一方法；具有较高柔性；曲轴变形小，加工质量高，可代替
11、粗磨；绝大多数刀片不需要磨削，刀片成本较低。对平衡块侧面需要加工的曲轴不是最佳工艺；效率比铣削低；设备投资高；刀片消耗较大。适合曲轴长度在700mm以下成批、大批量生产。6高速随动外铣对平衡块侧面需加工的曲轴，生产效率是最高；具有较高柔性；加工质量高；设备投资高；加工效率较低；自动化程度高。适合曲轴长度在700mm以下单件或大批量生产。7复合加工一次装夹完成曲轴加工；具有较高柔性；加工质量高；设备投资高；加工效率低；自动化程度高。适合各类曲轴单件、小批量生产幻灯片402.3 磨削工艺 曲轴粗磨主轴颈是为了消除车削主轴颈产生的应力弯曲，提高轴颈尺寸精度以给加工连杆颈提供好的定位和支承。半精磨主轴
12、颈主要是为了消除热处理产生的应力弯曲，给曲轴其它部分及连杆颈加工提供好的定位和支承。精磨主轴颈是保证曲轴主轴颈尺寸精度、形位公差的关键，同时为连杆颈精磨提供良好定位。 连杆颈的磨削分为粗磨和精磨，连杆颈的尺寸精度、形位公差是靠连杆颈精磨工序来保证的，连杆颈的精磨工序是曲轴生产中保证曲轴质量的最重要工序。 曲轴是否粗磨或半精磨与曲轴粗加工工艺选择和曲轴自身精度要求有较大关系。幻灯片41 国内磨削工艺一般分为粗磨、精磨。国外曲轴加工，大多数厂家都是一次精磨到位。 而在我国曲轴的技术条件中，中间主轴颈对1-7主轴颈的跳动要求十分严格。以6缸机为例：通常为0.02-0.03mm（感应淬火曲轴）或0.0
13、5mm（软氮化曲轴），这就对曲轴主轴颈加工的要求更加严格。以钢质曲轴为例，经中频感应淬火后进行圆角滚压并校直，通常使跳动量控制在0.15-0.20mm之间，经重新修整中心孔后，使其跳动量控制在0.075-0.10mm之间，通常跳动量超过0.08mm，一次磨削就难以达到0.025-0.03mm跳动量要求。幻灯片42 如果增加一次半精磨（粗磨），使其跳动量控制在0.05-0.08mm范围内，再经一次精磨可以稳定控制其中间主轴颈对1-7主轴颈跳动量要求。相对而言，4缸机曲轴加工情况要好一些，可以省略半精磨主轴颈工序，直接精磨。 曲轴主轴颈、连杆轴颈的精磨是曲轴精加工工序，是保证质量关键工序。由于CNC技术的推广应用，曲轴主轴颈和连杆轴颈磨床技术进步很快，广泛采用了带砂轮自动动平衡，自动修整砂轮，自动测量和自动补偿技术，中心架自动跟踪技术，随着磨削轴颈尺寸的减小，中心架跟踪支撑在相对应的磨削轴颈上，减少曲轴磨削变形。幻灯片43 恒线速功能的CNC主轴颈和连杆轴颈磨床，可避免曲轴磨削烧伤，有效控制曲轴磨削变形，从而保证曲轴主轴颈和连杆轴颈的圆度0.005mm，圆柱度0.005mm，中间主轴颈对两端主轴颈跳动0.03mm（六缸机），0.02mm（四缸机）。 关于主轴颈连杆颈大小头或连杆颈主轴颈大小
