摩托车发动机曲轴机械加工技术

  摩托车曲轴 一．关键词：摩托车曲轴    性能要求      制造工艺        热处理 二．摘要：本文介绍了摩托车曲轴的结构，结构简图，基本制造，工作条件，使用性能，毛胚材料，毛胚成型以及热处理工艺等，在尽量保证摩托车正常工作的前提下选择性能符合要求且成本低的材料。 三． 摩托车曲轴的结构简介： 曲轴是发动机的主要零件之一。它将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动，并在作功行程中，连续承受活塞连杆组传来的力，即周期变化的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力并输出转矩。因此，曲轴在工作中既承受转矩又承受弯矩，这就要求曲轴有足够的强度和刚度。     曲轴由主轴颈、连杆轴颈、前端轴、飞轮组合和平衡块等组成，发动机曲轴为整体铸造，采用全支承结构，大大提高曲轴的抗弯强度。为防止曲轴的轴向位移， 该曲轴采用中间止推结构，如图所示。   为防止机油从曲轴后端沿轴向泄漏，在轴颈上设置了甩油盘及回油螺纹，在缸体上还装有分开式橡胶油封、密封回油螺纹后的轴颈，这些大大提高了封油效果。     曲轴后端凸缘通过6个螺栓与飞轮连接，其中有两个螺栓的导颈部分是定位用的，分别装在两个特定的定位孔中，以保证曲轴与飞轮相互间的准确位置。这两个螺栓不能错装在其它螺栓孔中，螺母全部为槽式自锁螺母，曲轴飞轮螺栓的紧固次序如图所示。     曲轴前端轴颈装有正时齿轮和V带轮(减振器)，并装有甩油盘和起动爪，甩油盘将把沿V带轮轴颈外泄的机油甩回正时齿轮室内。 　   飞轮安装在曲轴的后端上，是一个质量大的铸铁圆盘。它储存能量，带动整个曲柄连杆机构越过上止点，保证发动机曲轴旋转的均匀性和输出转矩的均匀性。它借助本身旋转的惯性力，帮助克服起动时气缸中的压缩阻力和维持短期超载时发动机的继续运转。     飞轮前端面外缘上有一个圆柱销，这是发动机活塞上止点的标记。只要飞轮上的这一标记对准飞轮壳右前端面观察孔边缘上的径向刻线，即是一、六缸活塞处于上止点位置。 四． 工作条件：1.在工作过程中，曲轴收到很大的交变扭力，弯曲力，压力，离心力和拉力的共同作用。同时，曲轴的各轴颈要在很高的比压下作高速转动，使轴颈和轴承收到高强度的磨损。这就要求曲轴的材料必须有足够的强度和刚度，还具备搞疲劳强度高，轴颈面的耐磨性强和平衡性好等特点。 2.主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关等级IT6，表面粗糙度Ra值为1.25～0.63μm。轴颈长度公差等级为IT9～IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之半。 3.位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为100mm之内不大于0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为0.025mm，中大型低速曲轴为0.03～0.08mm。 4.各连杆轴颈的位置度不大于±20′。 五．使用性能要求： 根据工作条件和失效形式分析，可以对曲轴用材提出如下性能要求： 1.高的疲劳强度，防止轴疲劳断裂； 2.良好的综合力学性能，即强度与塑性，韧性有良好的配合，防止过载和冲击断裂； 3.高的硬度，热硬性，热强度和良好的耐磨性，以增加抗咬死能力，防止轴颈等局部承受摩擦的部位过度磨损或咬死。 六．曲轴的一般制造方法： 1铣曲轴两端面,钻中心孔 本工序在钻铣车组合车床上完成，主要保证曲轴总长及中心孔的质量，若端面不平则中心钻上的两切削刃的受力不均，钻头可能引偏而折断，因此采用先面后孔的原则。中心孔除影响曲轴质量分布外，它还是曲轴加工的重要基准贯穿整个曲轴加工始终。因而直接影响曲轴加工精度。打中心孔在本次工艺设计中因考虑设备因素，采用找出曲轴的几何中心代替质量中心。打中心孔以毛坯的外表面作为基准，因而毛坯外表面质量好坏直接影响孔的位置误差。 2曲轴主轴颈的车削 由于曲轴年产量不大，主轴颈加工采用车削，在刚度较强的普通车床上进行。曲轴安装在前、后顶尖上线一端用大盘夹住而另一端用顶尖顶住，用硬质合金车几 道工序上完成主轴颈的车削。由于加工余大且不均匀，旋转不平衡，加工时产生 冲击，因此工件要夹牢固。车床、刀具、夹具要有足够的刚性。主轴颈车削顺序 是先精车一端主轴颈及轴肩，然后以车好的主轴颈定位。另一侧用顶尖以中心孔 定位。车另一端主轴颈、肩及各个轴颈，半精度及精车都按此顺序进行，逐渐提高主轴颈及其他轴颈的加工精度。 3曲轴连杆轴颈的车削 主轴颈及其它外圆车好后，以主轴颈作为加工连杆轴颈的基准，采用专用的车夹具、车削连杆轴颈，车削同样在普通车床上进行。车削连杆轴颈需要解决的是角 度定位（两连杆轴颈轴线需要控制在180度+30度或180度—30度）以及曲轴旋 转的不平衡问题。这些都由专用夹具来保证，夹具体为一对用以定位的V型块 组 成，装在接盘上。接盘与车床过渡接盘靠中间的定位销定位并连接，接盘在过 渡接盘上靠棱形定位销可转180度，依次车削两个连杆轴颈。V型块中心与车床 主轴线距离一个曲轴半径。车削过程中，一端与曲轴主轴颈定位并夹紧，另一端 靠偏中心座夹紧，中心座上钻有中心孔，中心孔偏心距同样为一个曲轴半径。用 顶尖顶紧中心孔，这样就能保证连杆轴颈轴线与车床主轴线一致。安装夹具体的 接盘上有平衡块，消除曲轴旋转时不平衡力矩的生。曲轴加工时由于受到离心力 和两顶尖的轴向压紧偏心力的作用，容易发生弯曲变形，为了加强工件刚度，用 撑杆来撑住另一个曲拐的开移。车削连杆轴颈时为了使切削力不致于太大，每次 车削余量控制在1~1.5mm内，同时车床旋转不能太高，刀具采用高速钢。 4键槽加工 这个键槽主要用于飞轮，加工此键槽应安排在主轴颈精车工序之后，这样能保证定位精度及控制键槽的深度以及对称度。键槽加工是以两主轴颈定位，同样用专 用夹具在普通铣床上进行。 5轴颈的磨削 由于主轴颈及连杆轴颈精度较高，尺寸精度为IT6级，表面粗糙度1.6~0.8μm，并且具有较高的形状精度及位置精度。因此主轴颈与连杆轴颈精车后要进行磨 削，以提高精度表面粗糙度。 在工艺设计中，首先磨主轴颈然后磨连杆轴颈。中间主轴颈磨好后才能磨其余轴颈，磨主轴颈和连杆轴颈的安装方法基本上与车轴颈相同，磨主轴颈是以中心孔  定位，在外圆磨床上进行，磨连杆轴颈则以经过精磨的两端主轴颈定位，以保证  与主轴颈的轴线距离及平行度要求，磨连杆轴颈是在曲轴磨床上进行的。 由于轴颈宽度不大，采用横向进给磨削法，生产率较高，磨轮的外形需仔细地修整，因为直接影响轴颈与圆角的形状，磨削余量根据车削后的精度而定，粗磨余  量值每边0.2~0.3mm，精磨余量控制在0.1~0.15 mm内。 在横向进给磨削中，磨轮对工件的压力很大，为避免曲轴弯曲，采用可以调节的中心架，否则就不能去掉上道工序留下的弯曲度，最好待这个轴颈的摆差减小才    开始使用中心架。 磨削主轴颈时应把两顶尖孔倒角处抹干净，去砂粒及油泥，确保加工基准——中心孔的精度，磨削工序之前必须修研中心孔。 加工时应要解决以下问题： A：正确分配粗加工、半精加工及精加工余量。 B：粗基准选择用曲轴两端的中心孔。中心孔的加工以主轴颈外圆作为基准，这样能保证曲轴加工径向及轴向加工余量的均匀性。 C：精加工时仍用中心孔作为基准，但要重新修磨中心孔，避免精加工时因中心孔磨损引起加工误差。也可一端用主轴颈定位，另一端用中心孔定位以提高刚度。 D：曲轴轴向定位以主轴颈轴肩定位，工艺设计时定位基准应尽量与设计基准一致。 七．毛坯材料：锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如35、40、45、35Mn2、40Cr, 35CrMo钢等； 铸造曲轴：铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等, 如ZG25、QT600-3、QT700-2 、KTZ450-5、KTZ500-4等。 八．毛坯制造方法： 毛坯制取方法:首先按照图样尺寸、形状要求制造，就是模锻:经过制坯工步、预锻和终锻工步、切锻工步来锻造所需的锻件的。完善的模锻工艺过程包括下料、毛坯质量检查、加热、模锻、切边冲孔、表面清理、校正、精压、锻件热处理、质量检查、入库等工序。热处理就是调质处理或正火处理，重复一次，回火，回火次数不限，必要时热矫正，然后消除内应力，空冷，空冷后的金相组织应符合以下要求:不低于GB/T 6394中所规定的4级晶粒度的晶粒至少不小于占每个视场面积的85%以上；金相组织应为珠光体+铁素体，不允许有GB/T 13299-1991中所规定的魏氏组织。锻件经调质处理后，其基体的金相显微组织为索氏体。锻件在热处理后，再经喷丸或喷砂处理。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，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。锻件的宏观组织不允许有机加工不可消除的折叠、孔眼(蜂窝孔和缩松孔)、折痕、起鳞、气泡、裂纹、分层、氧化皮及非金属杂质等影响强度的缺陷，不允许用补焊的方法消除曲轴缺陷。对有平衡块的锻钢曲轴，在平衡块顶部的未填满部分进行补焊，补焊强度不低于曲轴平衡块其他处的强度，补焊后还要经过探伤。 九．制定毛坯零件制造工艺路线： 在进行大量的工艺分析之后，制定出大批大量生产曲轴的加工工艺路线： （1） 锻造 （2） 热处理 （3） 铣两端面 （4） 车两端工艺搭子外圆 （5） 钻主轴颈中心孔 （6） 钻连杆轴颈中心孔 （7） 检验 （8） 粗车三个连杆轴颈 （9） 精车三个连杆轴颈 （10） 车工艺搭子两端面 （11） 粗车各处外圆 （12） 精车各处外圆 （13） 检验 （14） 磨削连杆轴颈外圆 （15） 磨削两主轴颈 （16） 磨削φ22-00.12mm外圆 （17） 磨削φ20 0 -00.021mm外圆 （18） 检验 （19） 车掉两端工艺搭子 （20） 车两端面 （21） 铣键槽 （22） 倒角 （23） 去毛刺 （24） 最后检验 十．安排热处理工序： （1）曲轴中频感应淬火 曲轴中频感应淬火将采用微机监控闭环中频感应加热装置，具有效率高、质量稳定、运行可控等特点。 （2）曲轴软氮化       对于大批量生产的曲轴来说，为了提高产品质量，今后将采用微机控制的氮基气氛气体软氮化生产线。氮基气氛气体软氮化生产线由前清洗机（清洗干燥）、  预热炉、软氮化炉、冷却油槽、后清洗机（清洗干燥）、控制系统及制气配气等    系统组成。 （3）曲轴表面强化技术       球墨铸铁曲轴圆角滚压强化将广泛应用于曲轴加工中，另外，圆角滚压强化加轴颈表面淬火等复合强化工艺也将大量应用于曲轴加工中，锻钢曲轴强化方式将会更多地采用轴颈加圆角淬火处理。