CN108621040A - 一种高精度高硬度低成本曲轴加工工艺 - Google Patents

一种高精度高硬度低成本曲轴加工工艺 Download PDF

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周毅涛
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Abstract

本发明涉及曲轴加工技术领域。目的在于提供一种高精度高硬度低成本曲轴加工工艺。所采用的技术方案是：(1)锻造曲轴胚体；(2)对曲轴胚体进行精、粗车加工；(3)通过砂轮对曲轴进行打磨；(4)对曲轴校直；(5)通过淬火装置对曲轴的连杆轴颈进行热处理；本发明十分便于掌握且能够避免对曲轴造成损伤。

Description

一种高精度高硬度低成本曲轴加工工艺
技术领域
本发明涉及曲轴加工技术领域,具体涉及一种高精度高硬度低成本曲轴加工工艺。
背景技术
曲轴是引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下运动变成循环运动。是发动机上的一个重要的机件，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，包括:主轴颈，连杆颈等。曲轴的加工过程主要包括：毛胚锻造、曲轴的机械加工、曲轴校直、曲轴热处理等。
现有技术中曲轴的机械加工主要包括对主轴颈及连杆轴颈的车加工、打磨等；在对主轴颈和连杆轴颈进行打磨的过程中，现有中缺乏对打磨位置温度的有效控制，导致在打磨的过程中局部温度过高，造成曲轴变形失准。同时，打磨过程中产生的碎屑也极大的影响了车间环境，甚至造成曲轴表面损伤。
现有技术中对曲轴的校直方法主要包括：冷压校直、表面敲击校直、火焰校直。冷压校直由于曲柄分别在不同的平面上，而且沿长度方向曲轴的刚度不同，因此最大的压校变形不一定发生在所加压力的作用方向上，而往往发生在危险端面的轴颈圆角处，从而造成应力集中，使曲轴的疲劳强度降低。表面敲击校直是通过手锤、气锤、錾子、扁铲等工具对曲轴表面进行敲击的方式进行校直，但对工作人员操作熟练度要求较高，同时，在敲击的过程中容易对曲轴表面造成损伤，常常出现裂痕。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度高硬度低成本曲轴加工工艺，十分便于掌握且能够避免对曲轴造成损伤。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种高精度高硬度低成本曲轴加工工艺，包括以下步骤：
(1)、锻造曲轴胚体；
(2)、对曲轴胚体进行精、粗车加工；
(3)、通过砂轮对曲轴进行打磨，所述砂轮包括位于中心的金属基体和位于金属基体外围的砂轮主体。所述金属基体上设置穿轴通孔和多个螺栓孔，所述穿轴通孔位于金属基体的中心，所述螺栓孔以穿轴通孔为中心呈环形均匀分布。
所述砂轮主体的周面上沿周面设置一圈环形的凹槽，砂轮主体的两侧面分别设置多根弧形的导向条，所述导向条以金属基体为中心呈放射状均匀分布。所述砂轮主体的厚度由周面处向中心处逐渐增加。相邻两导向条之间构成碎屑收集通道。
(4)、对曲轴校直，包括以下步骤：
A、把需要校直的曲轴两端放置在支架上使曲轴能够进行旋转，且保持曲轴的前端轴和后端轴处于水平；
B、一边转动曲轴，一边用百分表测量各主轴颈的径向跳动量；记录数据，并特殊标记变形量最大的位置；接着将变形量最大的位置调整至凸出方向朝上的状态；
C、在变形量最大的位置套设电磁加热线圈并设置护罩，护罩具有防火、保温和磁屏蔽的特性；护罩以正好罩住变形区域为宜；护罩内表面设置冷却水喷头，冷却水喷头与冷却供水管连通；
D、利用电磁加热线圈对曲轴变形量最大的位置进行加热，根据主轴颈径向跳动量的大小选择加热至750～850℃，保温6～8分钟，保温结束后立即通过冷却水喷头快速喷水进行冷却；
E、重复步骤B、C、D,直到各主轴颈的径向跳动量均达到允许值以下；
F、接着将曲轴整体加热至200～250℃，保温1～1.5小时，再缓冷至常温，校直工作结束。
(5)、通过淬火装置对曲轴的连杆轴颈进行热处理，在淬火的过程中将连杆轴颈加热至820～850℃，保温30～40秒后喷水冷却。
优选的，在步骤D中，当跳动量在0.2～0.25mm之间时，加热至830～850℃，保温8分钟；当跳动量在0.15～0.20mm之间时，加热至780～830℃，保温7分钟；当跳动量小于0.15mm时，加热至750～780℃，保温6分钟。
优选的，所述步骤F中，将曲轴在高温烘房内整体加热至230℃，缓冷为关闭烘房后曲轴随烘房自然降温。
本发明的有益效果集中体现在：
1、在对曲轴进行打磨的过程中，特有的砂轮构造在使用时，通过穿轴通孔和螺栓孔与磨机的转轴连接，利用砂轮主体的周面对曲轴的轴颈进行打磨，打磨的过程中可向凹槽内喷洒水或其他冷却液，避免在打磨时出现干磨的状态，便于对工件温度的控制，提高了加工的效果。同时，相邻的两根导向条之间构成碎屑收集通道，碎屑收集通道靠近砂轮主体周面的一端开口大，另一端开口小，在砂轮主体转动的过程中，碎屑收集通道开口大的一端可将碎屑捕捉并将碎屑向开口小的一端导向。另外，砂轮主体的厚度由周面处向中心处逐渐增加，一方面弥补了由于凹槽设置导致的结构强度的不足，另一方面更加便于碎屑从碎屑收集通道靠近金属基体的一端汇聚排出，只需要向金属基体处定向喷水即可降低粉尘，使用非常方便。
2、在校直的过程中，采用电磁加热线圈对主轴颈进行加热，使变形量最大的主轴颈具有塑性，使得其内应力得到完全的释放，在校直完成后无反弹；通过冷却水喷头射出的冷却水对曲轴进行淬火，保证了曲轴的高硬度和耐磨性能。同时，和传统的表面敲击校直和冷压校直相比，避免了对曲轴造成损伤，保证了曲轴的精度。
3、在校直的过程中，通过对温度和时间的控制就能实现对校直度的精准控制，且操作步骤和设备都较为简单，便于掌握和推广。
4、在校直的过程中，护罩的设置一方面可以实现隔离保护，另一方面具有的保温作用也可以提高电磁加热线圈的加热效果。
5、在校直的过程中，优选通过向护罩内充入氮气，有效的阻隔了空气，避免了曲轴在高温下与空气直接接触发生氧化，有效的保持了曲轴自身的理化特性。
附图说明
图1为砂轮的结构示意图；
图2为图1的右视图；
图3为图1中所示结构的G-G向视图。
具体实施方式
下面将通过实施例的方式对本发明进行进一步的阐述。所生产的曲轴为三根六缸发动机的曲轴，分别作为实施例一、二和三，曲轴的7个主轴颈编号依次为a、b、c、d、e、f和g。
结合图1-3所示，实施例一、二和三采用的砂轮包括位于中心的金属基体1和位于金属基体1外围的砂轮主体2。砂轮的金属基体1可以是铝基体、铝合金基体等。所述金属基体1上设置穿轴通孔3和多个螺栓孔4，所述穿轴通孔3和螺栓孔4均用于与磨机连接。所述穿轴通孔3位于金属基体1的中心，所述螺栓孔4以穿轴通孔3为中心呈环形均匀分布。
所述砂轮主体2的周面上沿周面设置一圈环形的凹槽5，所述凹槽5的深度通常在2-15mm之间，当然，根据砂轮主体2实际的大小，也可以作相应的调整。所述凹槽5一般位于砂轮主体2周面的中心。如图2所示，也就是凹槽5将砂轮主体2周面的中心均分为两个部分，这样更加便于控制打磨的位置。砂轮主体2的两侧面分别设置多根弧形的导向条6，图1中导向条6的数量为8根，8根导向条6以金属基体1为中心呈放射状均匀分布。所述砂轮主体2的厚度由周面处向中心处逐渐增加，也就是砂轮主体2的厚度从外缘向内缘逐渐变厚。相邻两导向条6之间构成碎屑收集通道7，也就是说图1中也有8条碎屑收集到7。需要注意的是，在将砂轮安装在磨机上时，需要保持碎屑收集通道7的开口较大一端的朝向与磨机转轴的转动方向一致，也就是图1中砂轮按顺时针方向旋转。
砂轮在使用时，通过穿轴通孔3和螺栓孔4与磨机的转轴连接，利用砂轮主体2的周面对曲轴的轴颈进行打磨，打磨的过程中可向凹槽5内喷洒水或其他冷却液，避免在打磨时出现干磨的状态，便于对工件温度的控制，提高了加工的效果。相邻的两根导向条6之间构成碎屑收集通道7，碎屑收集通道7靠近砂轮主体2周面的一端开口大，另一端开口小，在砂轮主体2转动的过程中，碎屑收集通道7开口大的一端可将碎屑捕捉并将碎屑向开口小的一端导向。同时，砂轮主体2的厚度由周面处向中心处逐渐增加，一方面弥补了由于凹槽5设置导致的结构强度的不足，另一方面更加便于碎屑从碎屑收集通道7靠近金属基体1的一端汇聚排出，只需要向金属基体1处定向喷水即可降低粉尘，使用非常方便。
实施例一
(1)锻造曲轴胚体；
(2)对曲轴胚体进行精、粗车加工；
(3)通过砂轮对曲轴进行打磨；
(4)对曲轴校直，包括以下步骤：
该曲轴的主轴颈直径为220mm，跳动量的允许值为＜0.06mm。
A、把需要校直的曲轴两端放置支架上使曲轴能够进行旋转，且保持曲轴的前端轴和后端轴处于水平；
B、一边转动曲轴，一边用百分表测量各主轴颈的径向跳动量；记录数据，并特殊标记变形量最大的位置；结果如下：
主轴颈号 a b c d e f g 允许值
跳动量mm 0.03 0.03 0.02 0.05 0.12 0.23 0.18 ＜0.06
接着将变形量最大的位置(位于主轴颈f处)调整至凸出方向朝上的状态；
C、在变形量最大的位置(位于主轴颈f处)套设电磁加热线圈并设置护罩，护罩具有防火、保温和磁屏蔽的特性；护罩以正好罩住变形区域为宜；护罩内表面设置冷却水喷头，冷却水喷头与冷却供水管连通；
D、利用电磁加热线圈对曲轴变形量最大的位置(位于主轴颈f处)进行加热，根据主轴颈径向跳动量的大小选择加热至830～850℃，保温8分钟，保温结束后立即通过冷却水喷头快速喷水进行冷却；
E、重复步骤B一边转动曲轴，一边用百分表测量各主轴颈的径向跳动量；记录数据，并特殊标记变形量最大的位置；结果如下：
主轴颈号 a b c d e f g 允许值
跳动量mm 0.03 0.03 0.02 0.05 0.12 0.02 0.18 ＜0.06
接着将变形量最大的位置(位于主轴颈g处)调整至凸出方向朝上的状态；
重复步骤C、在变形量最大的位置(位于主轴颈g处)套设电磁加热线圈并设置护罩，护罩具有防火、保温和磁屏蔽的特性；护罩以正好罩住变形区域为宜；护罩内表面设置冷却水喷头，冷却水喷头与冷却供水管连通；
重复步骤D、利用电磁加热线圈对曲轴变形量最大的位置(位于主轴颈g处)进行加热，根据主轴颈径向跳动量的大小选择加热至780～830℃，保温7分钟，保温结束后立即通过冷却水喷头快速喷水进行冷却；
重复步骤B一边转动曲轴，一边用百分表测量各主轴颈的径向跳动量；记录数据，并特殊标记变形量最大的位置；结果如下：
主轴颈号 a b c d e f g 允许值
跳动量mm 0.03 0.03 0.02 0.05 0.12 0.02 0.01 ＜0.06
接着将变形量最大的位置(位于主轴颈e处)调整至凸出方向朝上的状态；
重复步骤C、在变形量最大的位置(位于主轴颈e处)套设电磁加热线圈并设置护罩，护罩具有防火、保温和磁屏蔽的特性；护罩以正好罩住变形区域为宜；护罩内表面设置冷却水喷头，冷却水喷头与冷却供水管连通；
重复步骤D、利用电磁加热线圈对曲轴变形量最大的位置(位于主轴颈e处)进行加热，根据主轴颈径向跳动量的大小选择加热至750～780℃，保温6分钟，保温结束后立即通过冷却水喷头快速喷水进行冷却；
重复步骤B一边转动曲轴，一边用百分表测量各主轴颈的径向跳动量；记录数据，并特殊标记变形量最大的位置；结果如下：
主轴颈号 a b c d e f g 允许值
跳动量mm 0.03 0.03 0.02 0.05 0.02 0.02 0.01 ＜0.06
F、接着将曲轴在高温烘房内整体加热至230℃，保温1～1.5小时，再缓冷至常温，缓冷为关闭烘房后曲轴随烘房自然降温，校直工作结束。
常温放置10天后，再次对曲轴进行检测跳动量检测，结果如下：
主轴颈号 a b c d e f g 允许值
跳动量mm 0.03 0.03 0.02 0.05 0.02 0.02 0.01 ＜0.06
可以看出，通过本发明所述方法校直的曲轴，无反弹，校直后跳动量极为稳定。
(5)通过淬火装置对曲轴的连杆轴颈进行热处理，在淬火的过程中将连杆轴颈加热至820～850℃，保温30～40秒后喷水冷却。
实施例二
(1)锻造曲轴胚体；
(2)对曲轴胚体进行精、粗车加工；
(3)通过砂轮对曲轴进行打磨；
(4)对曲轴校直，包括以下步骤：
该曲轴的主轴颈直径为220mm，跳动量的允许值为＜0.06mm。
A、把需要校直的曲轴两端放置支架上使曲轴能够进行旋转，且保持曲轴的前端轴和后端轴处于水平；
B、一边转动曲轴，一边用百分表测量各主轴颈的径向跳动量；记录数据，并特殊标记变形量最大的位置；结果如下：
主轴颈号 a b c d e f g 允许值
跳动量mm 0.13 0.14 0.13 0.03 0.02 0.01 0.01 ＜0.06
接着将变形量最大的位置(位于主轴颈b处)调整至凸出方向朝上的状态；
C、在变形量最大的位置(位于主轴颈b处)套设电磁加热线圈并设置护罩，护罩具有防火、保温和磁屏蔽的特性；护罩以正好罩住变形区域为宜；护罩内表面设置冷却水喷头，冷却水喷头与冷却供水管连通；
D、利用电磁加热线圈对曲轴变形量最大的位置(位于主轴颈b处)进行加热，根据主轴颈径向跳动量的大小选择加热至750～780℃，保温6分钟，保温结束后立即通过冷却水喷头快速喷水进行冷却；
E、重复步骤B一边转动曲轴，一边用百分表测量各主轴颈的径向跳动量；记录数据，并特殊标记变形量最大的位置；结果如下：
主轴颈号 a b c d e f g 允许值
跳动量mm 0.13 0.03 0.13 0.03 0.02 0.01 0.01 ＜0.06
接着将变形量最大的位置(位于主轴颈a处)调整至凸出方向朝上的状态；
重复步骤C、在变形量最大的位置(位于主轴颈a处)套设电磁加热线圈并设置护罩，护罩具有防火、保温和磁屏蔽的特性；护罩以正好罩住变形区域为宜；护罩内表面设置冷却水喷头，冷却水喷头与冷却供水管连通；
重复步骤D、利用电磁加热线圈对曲轴变形量最大的位置(位于主轴颈a处)进行加热，根据主轴颈径向跳动量的大小选择加热至750～780℃，保温6分钟，保温结束后立即通过冷却水喷头快速喷水进行冷却；
重复步骤B一边转动曲轴，一边用百分表测量各主轴颈的径向跳动量；记录数据，并特殊标记变形量最大的位置；结果如下：
主轴颈号 a b c d e f g 允许值
跳动量mm 0.02 0.03 0.13 0.03 0.02 0.01 0.01 ＜0.06
接着将变形量最大的位置(位于主轴颈c处)调整至凸出方向朝上的状态；
重复步骤C、在变形量最大的位置(位于主轴颈c处)套设电磁加热线圈并设置护罩，护罩具有防火、保温和磁屏蔽的特性；护罩以正好罩住变形区域为宜；护罩内表面设置冷却水喷头，冷却水喷头与冷却供水管连通；
重复步骤D、利用电磁加热线圈对曲轴变形量最大的位置(位于主轴颈c处)进行加热，根据主轴颈径向跳动量的大小选择加热至750～780℃，保温6分钟，保温结束后立即通过冷却水喷头快速喷水进行冷却；
重复步骤B一边转动曲轴，一边用百分表测量各主轴颈的径向跳动量；记录数据，并特殊标记变形量最大的位置；结果如下：
主轴颈号 a b c d e f g 允许值
跳动量mm 0.02 0.03 0.01 0.03 0.02 0.01 0.01 ＜0.06
F、接着将曲轴在高温烘房内整体加热至230℃，保温1～1.5小时，再缓冷至常温，缓冷为关闭烘房后曲轴随烘房自然降温，校直工作结束。
常温放置10天后，再次对曲轴进行检测跳动量检测，结果如下：
主轴颈号 a b c d e f g 允许值
跳动量mm 0.02 0.03 0.01 0.03 0.02 0.01 0.01 ＜0.06
可以看出，通过本发明所述方法校直的曲轴，无反弹，校直后跳动量极为稳定。
(5)通过淬火装置对曲轴的连杆轴颈进行热处理，在淬火的过程中将连杆轴颈加热至820～850℃，保温30～40秒后喷水冷却。
实施例三
(1)锻造曲轴胚体；
(2)对曲轴胚体进行精、粗车加工；
(3)通过砂轮对曲轴进行打磨；
(4)对曲轴校直，包括以下步骤：
该曲轴的主轴颈直径为220mm，跳动量的允许值为＜0.06mm。
A、把需要校直的曲轴两端放置支架上使曲轴能够进行旋转，且保持曲轴的前端轴和后端轴处于水平；
B、一边转动曲轴，一边用百分表测量各主轴颈的径向跳动量；记录数据，并特殊标记变形量最大的位置；结果如下：
主轴颈号 a b c d e f g 允许值
跳动量mm 0.14 0.18 0.13 0.03 0.02 0.01 0.01 ＜0.06
接着将变形量最大的位置(位于主轴颈b处)调整至凸出方向朝上的状态；
C、在变形量最大的位置(位于主轴颈b处)套设电磁加热线圈并设置护罩，护罩具有防火、保温和磁屏蔽的特性；护罩以正好罩住变形区域为宜；护罩内表面设置冷却水喷头，冷却水喷头与冷却供水管连通；
D、利用电磁加热线圈对曲轴变形量最大的位置(位于主轴颈b处)进行加热，根据主轴颈径向跳动量的大小选择加热至780～830℃，保温7分钟，保温结束后立即通过冷却水喷头快速喷水进行冷却；
E、重复步骤B一边转动曲轴，一边用百分表测量各主轴颈的径向跳动量；记录数据，并特殊标记变形量最大的位置；结果如下：
主轴颈号 a b c d e f g 允许值
跳动量mm 0.14 0.02 0.13 0.03 0.02 0.01 0.01 ＜0.06
接着将变形量最大的位置(位于主轴颈a处)调整至凸出方向朝上的状态；
重复步骤C、在变形量最大的位置(位于主轴颈a处)套设电磁加热线圈并设置护罩，护罩具有防火、保温和磁屏蔽的特性；护罩以正好罩住变形区域为宜；护罩内表面设置冷却水喷头，冷却水喷头与冷却供水管连通；
重复步骤D、利用电磁加热线圈对曲轴变形量最大的位置(位于主轴颈a处)进行加热，根据主轴颈径向跳动量的大小选择加热至750～780℃，保温6分钟，保温结束后立即通过冷却水喷头快速喷水进行冷却；
重复步骤B一边转动曲轴，一边用百分表测量各主轴颈的径向跳动量；记录数据，并特殊标记变形量最大的位置；结果如下：
主轴颈号 a b c d e f g 允许值
跳动量mm 0.03 0.02 0.13 0.03 0.02 0.01 0.01 ＜0.06
接着将变形量最大的位置(位于主轴颈c处)调整至凸出方向朝上的状态；
重复步骤C、在变形量最大的位置(位于主轴颈c处)套设电磁加热线圈并设置护罩，护罩具有防火、保温和磁屏蔽的特性；护罩以正好罩住变形区域为宜；护罩内表面设置冷却水喷头，冷却水喷头与冷却供水管连通；
重复步骤D、利用电磁加热线圈对曲轴变形量最大的位置(位于主轴颈c处)进行加热，根据主轴颈径向跳动量的大小选择加热至750～780℃，保温6分钟，保温结束后立即通过冷却水喷头快速喷水进行冷却；
重复步骤B一边转动曲轴，一边用百分表测量各主轴颈的径向跳动量；记录数据，并特殊标记变形量最大的位置；结果如下：
F、接着将曲轴在高温烘房内整体加热至230℃，保温1～1.5小时，再缓冷至常温，缓冷为关闭烘房后曲轴随烘房自然降温，校直工作结束。
常温放置10天后，再次对曲轴进行检测跳动量检测，结果如下：
主轴颈号 a b c d e f g 允许值
跳动量mm 0.03 0.02 0.02 0.03 0.02 0.01 0.01 ＜0.06
可以看出，通过本发明所述方法校直的曲轴，无反弹，校直后跳动量极为稳定。
(5)通过淬火装置对曲轴的连杆轴颈进行热处理，在淬火的过程中将连杆轴颈加热至820～850℃，保温30～40秒后喷水冷却。

Claims (3)

1.一种高精度高硬度低成本曲轴加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、锻造曲轴胚体；
(2)、对曲轴胚体进行精、粗车加工；
(3)、通过砂轮对曲轴进行打磨，所述砂轮包括位于中心的金属基体(1)和位于金属基体(1)外围的砂轮主体(2)；所述金属基体(1)上设置穿轴通孔(3)和多个螺栓孔(4)，所述穿轴通孔(3)位于金属基体(1)的中心，所述螺栓孔(4)以穿轴通孔(3)为中心呈环形均匀分布；
所述砂轮主体(2)的周面上沿周面设置一圈环形的凹槽(5)，砂轮主体(2)的两侧面分别设置多根弧形的导向条(6)，所述导向条(6)以金属基体(1)为中心呈放射状均匀分布；所述砂轮主体(2)的厚度由周面处向中心处逐渐增加；相邻两导向条(6)之间构成碎屑收集通道(7)。
(4)、对曲轴校直，包括以下步骤：
A、把需要校直的曲轴两端放置在支架上使曲轴能够进行旋转，且保持曲轴的前端轴和后端轴处于水平；
B、一边转动曲轴，一边用百分表测量各主轴颈的径向跳动量；记录数据，并特殊标记变形量最大的位置；接着将变形量最大的位置调整至凸出方向朝上的状态；
C、在变形量最大的位置套设电磁加热线圈并设置护罩，护罩具有防火、保温和磁屏蔽的特性；护罩以正好罩住变形区域为宜；护罩内表面设置冷却水喷头，冷却水喷头与冷却供水管连通；
D、利用电磁加热线圈对曲轴变形量最大的位置进行加热，根据主轴颈径向跳动量的大小选择加热至750～850℃，保温6～8分钟，保温结束后立即通过冷却水喷头快速喷水进行冷却；
E、重复步骤B、C、D,直到各主轴颈的径向跳动量均达到允许值以下；
F、接着将曲轴整体加热至200～250℃，保温1～1.5小时，再缓冷至常温，校直工作结束。
(5)、通过淬火装置对曲轴的连杆轴颈进行热处理，在淬火的过程中将连杆轴颈加热至820～850℃，保温30～40秒后喷水冷却。
2.根据权利要求1所述的高精度高硬度低成本曲轴加工工艺，其特征在于：在步骤D中，当跳动量在0.2～0.25mm之间时，加热至830～850℃，保温8分钟；当跳动量在0.15～0.20mm之间时，加热至780～830℃，保温7分钟；当跳动量小于0.15mm时，加热至750～780℃，保温6分钟。
3.根据权利要求2所述的高精度高硬度低成本曲轴加工工艺，其特征在于：所述步骤F中，将曲轴在高温烘房内整体加热至230℃，缓冷为关闭烘房后曲轴随烘房自然降温。
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