1、河南科技学院2009 届本科毕业论文（设计）论文题目: 曲轴加工工艺分析学生姓名: 温 航所在院系: 机电学院所学专业: 机电技术教育 导师姓名: 李达敏完成时间: 2009 年 5 月 20 日1摘 要介绍了国内现阶段曲轴机械加工及其强化工艺的现状，并对曲轴加工的未来进行了展望。在工作中，曲轴承受着弯曲、扭 转、剪切和拉压等交变应力的作用，受力状态十分恶劣。曲轴本身结构复杂，其横截面沿轴线变化剧烈，应力分布极不均匀，加之受发动机体积所限，曲 轴刚性较差。 为保证曲轴的工作性能，对曲轴设计和加工均提出严格的要求。因此 对曲轴加工技术的少许改进，都将能够极大的提高曲轴的使用寿命。本文在曲轴加工精
2、度提高方面重点介绍了国内外先进的圆角滚压技术、钻质量中心孔技术、 车拉技术曲轴磨削技术和 CNC高速内外铣技术等。对这些先进工艺及技术进行论述，希望改进我国在曲轴生产方面落后设备还被大量应用，设备效率低下，精度不足，更不具 备柔性化生产加工能力的现状，也希望对相关企业及技术人员能够起到重要的借鉴作用，以缩短我国与世界先进内燃机生产国的差距。关键词：曲轴，强化工艺，机械加工2The Crankshaft Process AnalysisAbstractThe article the current situation of the machine consolidation of slider
3、shaft in contemporary phase at home and abroad, and envision the future of shaft proceessing.During the operation it withstands the reversal stress and join forces from bending, reversing,shearing, andcompressing in adverse environment. Slider shaft is complicatedly structured and its cross section
4、taode place so drastic changes along the Stem line that the allowable strss is uneqully distrbuted .whats most.engine volume isVery limitet,all of which lead to poor hardness and rigidity. To guarantee its working pPerformance, strict requirments are placed on the designing and manufacturing So a li
5、ttle improvement of machining techniques will dramatically raise its durability. As to improving its processing accuracy, this thesis emphasizes on the advancd foreign anddomestic technology such as circular angle rolling ,quality-centered hole punching ,maching and strtching, shaft grinding and mil
6、ling, and CNC-motivated high-speed milling ets. Though the abov statement and demonstration, its expected that our status quo can be change that backward device is still widly used with low woking effciency and inaccuracy, and lack of producing and processing flexibility .Besides this, important exp
7、errience and lesons can be drawn by correspondent enterprses and professionals to shorten the distans between advaned engine producers and our country. Key words: Crankshaft ; Strengthening Processes ; Mechanical processing 3目 录1 绪论 .12 曲轴加工工艺过程简述 .23 国内外曲轴加工技术现状 .53.1 曲轴的强化工艺技术 .53.1.1 曲轴圆角的应力集中及解决
8、途径 .5（1）改进圆角结构 .5（2）采用圆角强化工艺 .63.1.2 氮化处理 .93.1.3 喷丸处理 .93.2 曲轴的机械加工技术 .103.2.1 加工质量中心孔技术 .103.2.2 曲轴车削技术 .113.2.3 数控内铣铣削工艺 .113.2.4 CNC 高速外 铣工艺 .123.2.5 曲轴车-拉工艺 .133.2.6 数控车-拉工艺 .133.2.7 曲轴油道孔加工枪钻工艺 .143.2.8 曲轴磨削工艺 .144 国内外曲轴加工技术展望 .155 结束语 .15谢辞 .15参考文献 .1641 绪论不管在发达国家还是自发展中国家，机械制造业水平都是一国生产力的体现。而作
9、 为机械制造业发展水平的一个重要体现，汽车制造业发展状况具有很强的代表性。目前，我国汽车发动机制造行业整体装备 水平与发达国家相比还有一定差距，卧式车床、摇臂钻床、凸轮仿形机床、曲轴多刀车床等落后设备还大量应用，设备 效率低下，精度不足，更不具有柔性化生产加工能力，尤其曲轴加工更为如此。国内旧式曲轴生产线多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。粗加工设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力， 难以达到合理的加工余量。精加工多采用普通曲轴磨床粗磨半精磨精磨抛光，通常靠手动操作，加工质量不稳定，尺寸一致性差。粗加工采用普通外铣加工主轴
10、颈和连杆颈，然后数控精车主轴颈和连杆轴颈，再经过多道工序的磨削方式转入精加工工序。生产线设备更是多达 60 多台， 产品周转线长，场地占用面积大，生产效率完全是靠多台 设备分解工序和余量来提高的。 1然而当今的发动机曲轴制造业面临着以下问题：（1）多品种、小批量生产。（2）交货期大大缩短。（3）降低生产成本。5（4）难切削材料的出现使加工难度明显增加，加工中提出了许多需要解决的课题，如硬切削。（5） 为保护环境，要求少用或不用切削液，即实现干式切削或准干式切削。下面以直列六缸曲轴（图 1）为例介绍一种典型的工艺过程。图 1产品品种：直列6缸内燃机曲轴生产纲领：15万根/a材料：球铁或锻钢曲轴产
11、品品种：直列六缸曲轴冲程变换：5070mm2 曲轴加工工艺过程简述我们以热模锻钢曲轴为例探讨曲轴的机加工工艺，工艺过程简述如下：10 铣两端面、钻质量中心孔、数控粗车小端、外 圆 、数控粗车法兰端、铣定位面101 上料（法兰端朝右）102 铣两端面103 平衡检查、钻质量中心孔104 数控车小端105 数控粗车法兰端106 数控车中间主轴颈（采用内铣曲轴主轴颈工艺时有此序）107 铣定位面108 空工位6109 下线20 粗铣全部主轴颈、连杆颈、扇板外 圆、轴肩及颊 板面30 车/车拉主轴颈30J 线外检测40 车/车拉1、6连杆轴颈及 轴肩50 车/车拉2、5连杆轴颈及 轴肩60 车/车拉3
12、、4连杆轴颈及 轴肩60J 线外检测70 平衡抽检（线外）80 枪钻油孔及孔口倒角（自动线）801 上料802 机械手将曲轴转90（法兰端朝前）803 左：枪钻3、5主轴颈直油孔右：枪钻2、6主轴颈直油孔804 左：枪钻2连杆轴颈斜油孔右：枪钻1、7主轴颈直油孔805 空工位806 左：空工位右：枪钻4连杆轴颈斜油孔807 左：枪钻6连杆轴颈斜油孔右：枪钻3连杆轴颈斜油孔808 左：枪钻5连杆轴颈斜油孔右：枪钻1连杆轴颈斜油孔809 油孔孔口修缘。机器人8010 油孔孔口修缘。机器人8011 机械手将曲轴转90（小端朝左）8012 下线80J 线外检测90 清洗100 中频感应淬火110 回火
13、120 圆角滚压及矫直130 重修中心孔，钻、铰法兰孔，钻、 铰小端孔，精车小端，精车法兰端，小端及法兰孔攻丝（自动线）71301 上料（法兰端朝右）1302 跳动检测1303 重修两端中心孔1304 跳动检测1305 钻3个法兰孔，转位。钻3个法兰孔1306 左：铰小端孔右：探测法兰端6孔1307 左：空工位右：钻法兰端1定位销孔和小螺栓孔，转位。粗铰法兰端1定位销孔和小螺栓孔，转位。精铰法兰端1定位销孔和小螺栓孔，转位。1308 左：空工位右：铰3个法兰孔，转位。铰3个法兰孔1309 右：精车法兰外径、沟槽和轴肩13010 精车小端13011 空工位13012 下线140 半精磨主轴颈17
14、（7砂轮磨床）150 精磨1、6连杆轴颈160 精磨2、5连杆轴颈170 精磨3、4连杆轴颈170J 在线检测180 精磨或滚压止推面及第四主轴颈190 精磨主轴颈13，57190J 在线检测200 精磨小端210 精磨法兰端210J 在线检测220 精镗轴承孔，攻法兰端、小端螺孔，粗、精铣键槽（自动线）2201 上料（法兰端朝右）2202 左：粗铣键槽（转换刀头），精铣键槽，刷去 键槽上部毛刺右：攻3个法兰螺孔，转位。8攻1个法兰螺孔，转位。攻3个法兰螺孔2203 空工位2204 探测7个孔2205 空工位2206 左：攻小端螺孔右：半精镗轴承孔，转位。车空刀槽，转位。精镗轴承孔2207 空
15、工位2208 下料220J 检测230 最终动平衡240 荧光磁粉探伤250 抛光260 定点定位专用清洗270J 在线终检280 喷油包装3 国内外曲轴加工技术现状进入 21 世纪以后，发动机曲轴在制造工艺、刀具等方面都发生了巨大的变化，与以前加工工艺有很多不同。领导了近半个世纪 的多刀车削工艺和手动磨削工艺，由于加工精度低和柔性差等原因，将逐步退出 历史舞台。高效复合加工技术及装备迅速进入汽车及零部件制造业，曲轴的高效复合加工技术在行业内已有相当程度的应用，这都将代表这一行业的未来发展趋势。正是基于以上出现的新情况，在进入 21 世纪以来，高效复合加工技术及装备汽车制造业得到了迅速的应用，
16、生产效率得到了很大的提高，发动机曲轴生产线生产设备数量才得以减少，一条轿车发动机曲轴生产线，全线仅有十几台设备左右便可完成曲轴的整个加工过程，产品周转线短，加工效率高，易于 质量管理。下面介绍一些国内外先进的曲轴加工技术，希望各企业工程技术人员根据实际情况对这些先进设备进行选用。3.1 曲轴的强化工艺技术机械加工过程中经过各种方法强化的曲轴，其使用寿命可以提高 40%280%。3其中球铁材质的曲轴经强化后效果更为明显。93.1.1 曲轴圆角的应力集中及解决途径曲轴的轴颈与曲柄连接处的过渡圆角是应力集中部位，在曲轴工作中受交变载荷作用易出现裂纹。这 个问题在连杆轴颈的过渡圆角处更为突出，因为连杆
17、轴颈受到的冲击力更大。现行的曲轴加工工艺，普遍是采用磨床通过切入磨方式磨出圆角，然后通过砂布带对圆角进一步抛光，从而改善了曲轴圆角处的应力分布情况，减小了应力集中。但从生产和应用实践来看，圆角处应力集中仍是一个值得重视的问题。 为进一步减小圆角处的应力集中，改善其分布状况，提高曲轴的疲劳强度，可以从圆角结构设计改进和采取相应的工艺措施来解决。（1）改进圆角结构目前，国内生产的各类曲轴圆角大多为等曲率圆弧过渡，这种结构工艺简单，加工方便，但应力集中 较大。 为了减小圆角部位的 应力集中，可 对圆角结构作两种改进，如图 2 所示（下图）。图 2（a）所示为变曲率过渡曲线，这种曲线要求对 磨 圆角是砂轮进行特殊的修整，工 艺复杂修整砂 轮困难，如果修整不准确，可能适得其反。图 2（b）所示是将 过渡圆角改成沉割圆 角，将过渡圆弧移到曲柄里，形成 组合内凹圆 角。 这种工艺结构简单，加工方便，较为实际。图 2 曲轴圆角的改进（a）变曲率过渡曲 线 （b）沉割内圆槽
