CN109746649A - 一种发动机曲轴的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发动机曲轴的加工工艺，包括以下步骤：（1）坯料选择；（2）锻造；（3）粗加工；（4）热处理；（5）去应力退火；（6）精车；（7）表面强化处理；（8）圆角滚压处理；（9）半精磨；（10）精磨；（11）钻孔；（12）动平衡去重；（13）后期处理；（14）检验包装，本工艺通过在精车工序中加入表面强化处理和圆角滚压处理，提高了发动机曲轴各部件的整体硬度，从而防止发动机曲轴在长时间高速运转下容易出现断裂的现象。

Description

一种发动机曲轴的加工工艺

技术领域

本发明涉及一种曲轴加工工艺，具体为一种发动机曲轴的加工工艺。

背景技术

曲轴是发动机中最重要的部件，一般曲轴由曲轴大小头、主轴颈、扇形板和连杆颈组成的整体结构，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作，曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用，因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好；曲轴又是高速旋转件，在工作时，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。

然而现有的发动机曲轴在长时间的高速运转下容易断裂，主要原因是曲臂比较单薄，曲轴各零件整体硬度不高，在高速运转下容易断裂，因此，需要研发出一种发动机曲轴的加工工艺，提高发动机曲轴各部件的硬度，从而防止发动机曲轴在长时间高速运转下容易出现断裂的现象。

发明内容

本发明提供一种发动机曲轴的加工工艺，以解决背景技术中提出的现有的发动机曲轴在高速运转下容易断裂的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种发动机曲轴的加工工艺，包括以下步骤：

（1）坯料选择；可选择40CrNi或40CrNiMoA材质的圆钢为原材料；

（2）锻造；对坯料进行锻造，温度控制在1100-1200℃；

（3）粗加工；粗加工包括铣端面、打中心孔和粗车，首先将经过锻造后的坯料在三爪卡盘固定下，并用V型块和辅助支撑调整装夹工件后压紧，铣两端面，再进行整体下料打中心孔，控制两中心孔在圆柱轴心上误差≤0.75mm，最后，粗车主轴颈及两端轴颈，配合偏心夹具粗车连杆颈，并粗铣扇板外形；

（4）热处理；将经过粗加工的工件进行热处理，调质至45-55HRC，调质后对工件变形量进行检测，对超标的变形量进行校直，其中变形量小于1.0mm；

（5）去应力退火；加工件热处理去应力，去应力后对工件变形量进行检测，对超标的变形量进行校直，其中变形量小于0.7mm；

（6）精车；精车主轴颈及两端轴颈，再精车连杆颈；

（7）表面强化处理；在主轴颈、连杆颈和两端轴颈表面进行强化处理；

（8）圆角滚压处理，对工件各圆角处进行滚压处理；

（9）半精磨；半精磨加工主轴颈及两端轴颈，再半精磨加工连杆颈，并精铣曲轴扇板外形，最后车加工曲轴的两端面、精镗两端孔；

（10）精磨；用外圆磨床精磨连杆颈的轴颈锥度，所述连杆颈的轴颈锥度为1:110，再精磨主轴颈、两端轴颈、扇板外圆和轴颈锥度；

（11）钻孔；车主轴颈中心孔，并配合偏心夹具车连杆颈中心孔，再车连杆颈的扇板减重孔，并钻直油孔和斜油孔；

（12）动平衡去重；对曲轴进行动平衡检测和去重处理；

（13）后期处理；包括探伤、氮化、抛光、清洗各个轴颈及防锈处理；

（14）检验包装；检验工件的各参数是否达标，合格后包装入库。

优选的，所述步骤（4）中热处理的淬火温度850-930℃，时间为1.0-1.5h，回火温度为为550-600℃，时间为0.5-1h。

优选的，所述步骤（5）中去应力退火的温度为150-180℃，时间为1.2-2h。

优选的，所述步骤（7）中的强化处理的方式为：在主轴颈、连杆颈和两端轴颈表面涂上一层碳化钨，6-8h后进行抛光处理。

优选的，所述步骤（8）中，圆角滚压处理中滚轧转速为500-600r/min；滚轧时间为1-3min。

本发明采用摇臂钻床将圆钢固定于钻端面夹具上，在圆钢的两侧打中心孔，控制两中心在圆柱轴心上误差≤0.75mm，能够有效的提高整体加工精度，并保证曲轴扇形板的加工余量，提高加工装夹精度，减少不必要的切削量，中心孔的深度为8±1mm，以确保装夹的精确。

本发明采用卧式车床顶尖顶一端的中心孔，三爪卡盘夹持圆钢的另一端部，先车曲轴的止推基面，以止推基面为基准面定位粗车主轴颈及曲轴两端部的轴颈，然后用偏心夹具两钳口定位主轴颈，调整偏心夹具的偏心量，以主轴颈的基准面定位粗车加工各段连杆颈；再采用立式升降台铣床，以分度头三爪定位外圆，尾顶尖定位另一端中心孔依样板划线粗铣各扇板外形。

本发明将经过粗加工的工件进行热处理，调质至硬度45-55HRC，能够保证曲轴芯部硬度45-55HRC，确保曲轴整体机械性能，在热处理调质中工件可能发生变形，需对变形量进行检测，并对变形量超标的工件进行校直处理，保证后期加工的精确性。

本发明中加工后的工件去应力退火的过程中注意回火温度以防止工件发生变形，还需对变形量进行检测，并对超标变形的工件进行校直处理。

本发明用外圆磨床精磨连杆颈的轴颈锥度，轴颈锥度作为整个曲轴的连接部分，其加工中工件必须顶紧，冷却液要充分冷却磨削区，修整砂轮的修整器在磨床上应固定牢靠，走刀必须平稳。

本发明对车床加工精度要求较高，粗车加工优选的直径上单边预留1.5mm的余量，在轴向开档端面单边留余量0.5mm的余量，便于后续加工的进行，同时能有效的降低精加工中的切削量和加工时间，保证加工效率，半精加工后直径上留余量0.5mm，轴向开档端面单边留余量0.2mm；精加工后直径上留抛光余量0.005mm-0.007mm，轴向开档端面抛光即可。

本发明中对热处理后需对工件进行校直，能保证后续加工的精确，避免工件形变导致的产品不合格，严格曲轴的相位角﹤15分，能够有效的保证1:100锥度和锥孔连接的精密性，保证在曲轴运转中的稳定。

本发明中动平衡去重对曲轴整体的不平衡量﹤5g.cm，动平衡检测后进入整体精加工，用外圆磨床的卡箍定位外圆，两顶尖顶两端中心孔，光磨主轴颈及两端轴颈；用曲轴磨床配合偏心夹具夹持主轴颈外圆，此过程需注意保证加工的准确，以确保曲轴的相位角符合加工要求，保证加工精度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.通过增加表面强化处理工艺，即在主轴颈、连杆颈和两端轴颈表面涂上一层碳化钨，提高了曲轴的各部位的整体硬度和耐磨性能；

2.通过增加圆角滚压处理工艺，既可以提高曲轴各部件的整体硬度，还可以提高曲轴的疲劳强度；

3.通过在容易产生变形的工序后设有校直工艺，从而提高了曲轴的质量。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术、方案进行清楚、详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

（1）坯料选择；可选择40CrNiMoA材质的圆钢为原材料；

（2）锻造；对坯料进行锻造，温度控制在1150-1200℃；

（3）粗加工；粗加工包括铣端面、打中心孔和粗车，首先将经过锻造后的坯料在三爪卡盘固定下，并用V型块和辅助支撑调整装夹工件后压紧，铣两端面，再进行整体下料打中心孔，控制两中心孔在圆柱轴心上误差≤0.75mm，最后，粗车主轴颈及两端轴颈，配合偏心夹具粗车连杆颈，并粗铣扇板外形；

（4）热处理；将经过粗加工的工件进行热处理，调质至48-52HRC，调质后对工件变形量进行检测，对超标的变形量进行校直，其中变形量小于1.0mm，淬火温度890-930℃，时间为1.2-1.5h，回火温度为为550-580℃，时间为0.7-1h

（5）去应力退火；加工件热处理去应力，去应力后对工件变形量进行检测，对超标的变形量进行校直，其中变形量小于0.7mm，退火的温度为160-180℃，时间为1.5-2h。

（6）精车；精车主轴颈及两端轴颈，再精车连杆颈；

（7）表面强化处理；在主轴颈、连杆颈和两端轴颈表面进行强化处理；在主轴颈、连杆颈和两端轴颈表面涂上一层碳化钨，6-8h后进行抛光处理；

（8）圆角滚压处理，对工件各圆角处进行滚压处理，圆角滚压处理中滚轧转速为500-550r/min；滚轧时间为1-2min；

（9）半精磨；半精磨加工主轴颈及两端轴颈，再半精磨加工连杆颈，并精铣曲轴扇板外形，最后车加工曲轴的两端面、精镗两端孔；

（10）精磨；用外圆磨床精磨连杆颈的轴颈锥度，所述连杆颈的轴颈锥度为1:110，再精磨主轴颈、两端轴颈、扇板外圆和轴颈锥度；

（11）钻孔；车主轴颈中心孔，并配合偏心夹具车连杆颈中心孔，再车连杆颈的扇板减重孔，并钻直油孔和斜油孔；

（12）动平衡去重；对曲轴进行动平衡检测和去重处理；

（13）后期处理；包括探伤、氮化、抛光、清洗各个轴颈及防锈处理；

（14）检验包装；检验工件的各参数是否达标，合格后包装入库得实施例1。

实施例2

（1）坯料选择；可选择40CrNi材质的圆钢为原材料；

（2）锻造；对坯料进行锻造，温度控制在1100-1150℃；

（3）粗加工；粗加工包括铣端面、打中心孔和粗车，首先将经过锻造后的坯料在三爪卡盘固定下，并用V型块和辅助支撑调整装夹工件后压紧，铣两端面，再进行整体下料打中心孔，控制两中心孔在圆柱轴心上误差≤0.75mm，最后，粗车主轴颈及两端轴颈，配合偏心夹具粗车连杆颈，并粗铣扇板外形；

（4）热处理；将经过粗加工的工件进行热处理，调质至45-55HRC，调质后对工件变形量进行检测，对超标的变形量进行校直，其中变形量小于1.0mm，淬火温度850-890℃，时间为1.0-1.2h，回火温度为为580-600℃，时间为0.5-0.7h

（5）去应力退火；加工件热处理去应力，去应力后对工件变形量进行检测，对超标的变形量进行校直，其中变形量小于0.7mm，退火的温度为150-160℃，时间为1.2-1.5h。

（6）精车；精车主轴颈及两端轴颈，再精车连杆颈；

（7）表面强化处理；在主轴颈、连杆颈和两端轴颈表面进行强化处理；在主轴颈、连杆颈和两端轴颈表面涂上一层碳化钨，6-8h后进行抛光处理；

（8）圆角滚压处理，对工件各圆角处进行滚压处理，圆角滚压处理中滚轧转速为550-600r/min；滚轧时间为2-3min；

（9）半精磨；半精磨加工主轴颈及两端轴颈，再半精磨加工连杆颈，并精铣曲轴扇板外形，最后车加工曲轴的两端面、精镗两端孔；

（10）精磨；用外圆磨床精磨连杆颈的轴颈锥度，所述连杆颈的轴颈锥度为1:110，再精磨主轴颈、两端轴颈、扇板外圆和轴颈锥度；

（11）钻孔；车主轴颈中心孔，并配合偏心夹具车连杆颈中心孔，再车连杆颈的扇板减重孔，并钻直油孔和斜油孔；

（12）动平衡去重；对曲轴进行动平衡检测和去重处理；

（13）后期处理；包括探伤、氮化、抛光、清洗各个轴颈及防锈处理；

（14）检验包装；检验工件的各参数是否达标，合格后包装入库得实施例2。

将实施例1和2生产的发动机曲轴进行性能检查，均符合发动机曲轴技术条件GB3802-83的技术要求。

将实施例1和2生产的曲轴应用到汽车上，与市场上常用的发动机曲轴进行对比测试，得到实施例1和2制得的曲轴具有更好的耐磨性和硬度，使用寿命更长。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种发动机曲轴的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）坯料选择；可选择40CrNi或40CrNiMoA材质的圆钢为原材料；

（2）锻造；对坯料进行锻造，温度控制在1100-1200℃；

（3）粗加工；粗加工包括铣端面、打中心孔和粗车，首先将经过锻造后的坯料在三爪卡盘固定下，并用V型块和辅助支撑调整装夹工件后压紧，铣两端面，再进行整体下料打中心孔，控制两中心孔在圆柱轴心上误差≤0.75mm，最后，粗车主轴颈及两端轴颈，配合偏心夹具粗车连杆颈，并粗铣扇板外形；

（4）热处理；将经过粗加工的工件进行热处理，调质至45-55HRC，调质后对工件变形量进行检测，对超标的变形量进行校直，其中变形量小于1.0mm；

（5）去应力退火；加工件热处理去应力，去应力后对工件变形量进行检测，对超标的变形量进行校直，其中变形量小于0.7mm；

（6）精车；精车主轴颈及两端轴颈，再精车连杆颈；

（7）表面强化处理；在主轴颈、连杆颈和两端轴颈表面进行强化处理；

（8）圆角滚压处理，对工件各圆角处进行滚压处理；

（9）半精磨；半精磨加工主轴颈及两端轴颈，再半精磨加工连杆颈，并精铣曲轴扇板外形，最后车加工曲轴的两端面、精镗两端孔；

（10）精磨；用外圆磨床精磨连杆颈的轴颈锥度，所述连杆颈的轴颈锥度为1:110，再精磨主轴颈、两端轴颈、扇板外圆和轴颈锥度；

（11）钻孔；车主轴颈中心孔，并配合偏心夹具车连杆颈中心孔，再车连杆颈的扇板减重孔，并钻直油孔和斜油孔；

（12）动平衡去重；对曲轴进行动平衡检测和去重处理；

（13）后期处理；包括探伤、氮化、抛光、清洗各个轴颈及防锈处理；

（14）检验包装；检验工件的各参数是否达标，合格后包装入库。

2.根据权利要求1所述的一种发动机曲轴的加工工艺，其特征在于：所述步骤（4）中热处理的淬火温度850-930℃，时间为1.0-1.5h，回火温度为为550-600℃，时间为0.5-1h。

3.根据权利要求1所述的一种发动机曲轴的加工工艺，其特征在于：所述步骤（5）中去应力退火的温度为150-180℃，时间为1.2-2h。

4.根据权利要求1所述的一种发动机曲轴的加工工艺，其特征在于：所述步骤（7）中的强化处理的方式为：在主轴颈、连杆颈和两端轴颈表面涂上一层碳化钨，6-8h后进行抛光处理。

5.根据权利要求1所述的一种发动机曲轴的加工工艺，其特征在于：所述步骤（8）中，圆角滚压处理中滚轧转速为500-600r/min；滚轧时间为1-3min。