CN109108751A - 连杆销孔精磨设备及曲轴生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连杆销孔精磨设备及曲轴生产工艺，涉及曲轴加工技术领域，其技术方案要点是包括机架和水平转动安装在机架上的磨轴，磨轴的一端连接有驱动其转动的驱动机构，机架上连接有喷口延伸至磨轴的冷却管；机架通过支撑杆固定有竖向设置的安装板，安装板的中部设有供磨轴穿过的U形槽，安装板的一端固定有顶块和卡块，顶块位于U形槽的一侧并沿磨轴轴向延伸，卡块上设有卡槽；安装板的另一端连接有限位板，限位板绕垂直于安装板的轴线相对安装板转动，限位板远离转动轴线的一端设有与卡槽配合的卡接部。本发明解决了现有曲轴加工精度低造成使用过程中发生圆跳动高的问题，通过对曲柄的轴杆定心以及对连杆进行精磨，提高曲轴的精度。

Description

连杆销孔精磨设备及曲轴生产工艺

技术领域

本发明涉及曲轴加工技术领域，更具体的说，它涉及一种连杆销孔精磨设备及曲轴生产工艺。

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(往复)运动变成循环(旋转)运动。其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈和连杆颈，主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。

授权公告号为CN204458787U的中国实用新型专利，其公开了一种曲轴结构，包括至少两个连接在一起的曲轴本体，曲轴本体两两之间通过连接套固定安装在一起；曲轴本体包括连接为一体的第一配重块、第二配重块和拐径；拐径设置在第一配重块和第二配重块的边缘；相邻两个曲轴本体的拐径的中轴线位于不同的直线上；第一配重块和第二配重块上设置有用于两个曲轴本体连接在一起的连接端；连接端上设置用于过盈安装在连接套内的连接部。该实用新型的曲轴本体一体成型，第一配重块和第二配重块之间间距小，导致拐径加工困难，影响轴心准确度。

为了解决上述问题，提供了一种装配式曲轴，如图1所示，包括两个曲柄6，曲柄6包括扇形的配重块62和垂直于配重块62大端面设置的轴杆61，在配重块62的一端设有轴孔621，两个曲柄6通过穿设于轴孔621中的销轴7固定连接，在其中一个轴杆61上开设有键槽611，销轴7上套设有连杆5。这样将曲柄与分开加工制作，方便单个曲柄的加工。

授权公告号为CN103495847B的中国发明专利，其公开了一种连杆加工工艺，主要包括粗加工阶段、半精加工阶段和精加工阶段，其中粗加工阶段为锻造大头端和小头端均为圆饼形的毛柸件，并对工件表面进行粗磨加工；半精加工阶段，采用镗刀对连杆的大头端孔和小头端孔进行车孔加工，并进行开油槽倒外角和倒油槽内角加工；精加工阶段包括对工件表面进行精磨处理，且对连杆的大头端孔和小头端孔进行珩大孔和珩小孔加工。

由于装配式曲轴的工作受到连杆5与曲柄6的各自精度影响，传统的连杆精磨设备一次只能对单根连杆5进行珩孔处理，影响生产效率，若提高生产效率，单根连杆5的珩孔时间缩短，精度势必会降低，亟需设计一种对多根连杆5的销孔进行精磨的设备。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种连杆销孔精磨设备，能同时对两根连杆进行珩孔精磨处理，生产效率大大提高。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种连杆销孔精磨设备，包括机架和水平转动安装在机架上的磨轴，磨轴的一端连接有驱动其转动的驱动机构，机架上连接有喷口延伸至磨轴的冷却管；机架通过支撑杆固定有竖向设置的安装板，安装板的中部设有供磨轴穿过的U形槽，安装板的一端固定有顶块和卡块，顶块位于U形槽的一侧并沿磨轴轴向延伸，卡块上设有卡槽；安装板的另一端连接有限位板，限位板绕垂直于安装板的轴线相对安装板转动，限位板远离转动轴线的一端设有与卡槽配合的卡接部。

通过采用上述技术方案，顺时针转动限位板，使得限位板远离磨轴运动，然后将连杆的一端套设在磨轴上，多根连杆并排设置，其中一些连杆的另一端抵接在顶块上。然后再逆时针转动限位板，使得卡接部卡入到卡块上的卡槽中固定，此时限位板抵在最外侧连杆上，使得多个连杆沿磨轴轴向固定位置。冷却管向磨轴喷洒冷却液，磨轴转动对多个连杆进行珩孔精磨，得到销孔加工精度高的连杆。

本发明进一步设置为：所述磨轴端部的表面粗糙度为Ra0.8-Ra0.2。

通过采用上述技术方案，连杆的销孔精磨后表面精度达到镜面级别，使得装配后的曲轴精度提高，质量性能更好。

本发明进一步设置为：所述U形槽上固设有一对竖直设置的限位柱，两个限位柱相对侧壁与磨轴外径相切。

通过采用上述技术方案，限位柱对磨轴起到限位作用，减少磨轴端部的颤动，提高磨轴的加工精度。

本发明进一步设置为：所述限位板的中部固定有一对限位块，两个限位块之间的距离大于磨轴外径且小于连杆销孔端的外径。

通过采用上述技术方案，限位块与安装板上的限位柱共同作用并对连杆进行限位，进一步防止连杆沿磨轴的轴向相对滑动，提高连杆销孔的精磨质量。

本发明进一步设置为：所述限位板上对应限位块处固设有防护罩。

通过采用上述技术方案，冷却管喷出的冷却液因为磨轴的转动而飞溅，防护罩可以防止飞溅的冷却液四散，保持工作区域的清洁。

本发明进一步设置为：所述机架位于安装板正下方设有集液槽。

通过采用上述技术方案，从冷却管喷出的冷却液对磨轴进行冷却后会落到集液槽中被收集，减少冷却液的浪费，同时防止冷却液流到地面上，保持工作区域的清洁。

针对现有技术存在的不足，本发明的另一个目的在于提供一种曲轴生产工艺，通过对曲柄的轴杆齐头和定心，提高曲柄生产精度，从而提高曲轴整体精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种曲轴生产工艺，包括以下步骤：S1：曲柄毛坯制作：将20Cr圆钢一端加热至1150℃并镦粗，使得圆钢成为一端呈半球形的初坯；然后把镦粗成型后的初坯放在锻压模具中进行热锻使得初坯的半球端成型为曲柄的平衡块，去除飞边并进行抛丸处理，得到曲柄毛坯件；

S2：曲柄毛坯粗加工：将曲柄毛坯件远离平衡块一端的圆钢端面进行齐头处理，然后在中心位置钻中心孔；对圆钢部位进行加工车削形成轴杆，然后对平衡块大端面进行车削铣平；再用工具在平衡块预设计销孔位置加工出销孔，并对平衡块端面二次铣平加工；在轴杆端部铣出键槽，然后将轴杆端部加工出螺纹，随后对曲柄毛坯进行清洗并干燥；

S3：曲柄毛坯热处理：

(a)预渗碳：采用910℃，碳势0.5，渗碳25min；

(b)循环渗碳：采用910℃，碳势1.05，进行60min渗碳，然后在25℃的油中冷淬；之后再采用910℃，碳势0.85，进行100min渗碳，然后在25℃的油中冷淬；

(c)循环扩散：采用840℃，碳势0.8，进行30min渗碳扩散，然后在25℃的油中冷淬；之后再采用860℃，碳势0.8，进行60min渗碳扩散，然后在100℃的油中淬火冷却；

(d)回火：采用200℃，回火60min；

S4：曲柄后续加工：将热处理完毕后的曲柄毛坯进行抛丸处理，然后对销孔进行粗磨和精磨，使得销孔内表面的粗糙度达到Ra0.2，制得曲柄成品；

S5：组装：将连杆通过轴承套设在销轴上，销轴的两端与曲柄的销孔固定，制得曲轴成品。

通过采用上述技术方案，由于曲柄加工前先进行了齐头处理，然后定心并钻中心孔，能够保证曲柄加工端面跳动和相对轴心曲柄外圆跳动，提高曲轴工作性能。对曲柄毛坯进行热处理能够提高轴杆的表面硬度和耐磨性，使得轴杆长时间工作后依然能保持较高的原状，避免磨损导致的偏心跳动，提高曲轴整体的使用精度和寿命。

本发明进一步设置为：S1步骤中热锻包括初次热锻和二次热锻，初次热锻温度为1150℃，时间为5S；二次热锻温度为1050℃，时间为5S。

通过采用上述技术方案，两次热锻提高曲柄平衡块的形状精度，使得曲柄毛坯成型性好。

本发明进一步设置为：S4步骤中抛丸处理后对曲柄毛坯的螺纹端进行退火处理，将螺纹端局部加热至750℃，保温2小时，然后在油中冷却至室温。

通过采用上述技术方案，螺纹端的残余应力进一步消除，螺纹端的硬度提高，增大曲柄安装的可靠性。

综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

1.精磨设备能够一次性对多个连杆的销孔进行精磨处理，提高生产效率的同时保持连杆销孔精度，提高了装配式曲轴的整体工作精度；

2.曲柄生产加工前进行了齐头处理，使得生产的曲柄能够保证曲柄加工端面跳动和相对轴心曲柄外圆跳动，提高曲轴工作性能；

3.曲柄的轴杆进行了热处理，提高轴杆的表面硬度和耐磨性，使得轴杆长时间工作后依然能保持较高的原状，避免磨损导致的偏心跳动，提高曲轴整体的使用精度和寿命。

附图说明

图1为背景技术曲柄与连杆装配状态的结构示意图；

图2为实施例一整体结构示意图；

图3为实施例一显示卡紧机构的限位板结构的示意图；

图4为实施例一连杆放置在磨轴上待精磨状态的示意图；

图5为实施例一限位板闭合后精磨状态的正视图；

图6为实施例一限位板闭合后精磨状态的轴测图；

图7为实施例二曲轴生产工艺流程图；

图8为实施例二中曲柄热处理曲线图。

附图标记：1、机架；11、集液槽；12、支撑杆；2、冷却管；3、磨轴；4、卡紧机构；41、安装板；411、安装孔；412、U形槽；413、限位柱；42、底座；421、顶块；43、卡块；44、连接块；45、限位板；451、握持孔；452、卡接部；46、限位块；461、条形孔；462、开槽；47、防护罩；5、连杆；6、曲柄；61、轴杆；611、键槽；62、平衡块；621、轴孔；7、销轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例一：一种连杆销孔精磨设备，如图2所示，包括机架1和水平转动安装在机架1上的磨轴3，磨轴3的一端连接有驱动电机，在机架1上通过支撑杆12安装有卡紧机构4，磨轴3穿过卡紧机构4的中部，在机架1上安装有向磨轴3端部喷冷却液的冷却管2。将连杆5的销孔套在磨轴3

参考图2，在机架1上位于磨轴3下方设有集液槽11，集液槽11的底端通过排水管连接外部的冷却液桶，冷却液桶通过管道连接有抽吸泵，抽吸泵的出口与冷却管2连接。冷却管2可以使用波纹管，具有一定的硬度和柔性，可以根据需要进行弯折变形，使得冷却管2的管口放置到需要位置。磨轴3在驱动电机1的作用下转动并对连杆5进行珩孔时，磨轴3与连杆5接触部位因为摩擦产生较多的热量，抽气泵工作将冷却液桶中的冷却液抽送到冷却管2，冷却管2将冷却液喷洒在磨轴3端部对磨轴3进行冷却降温。

磨轴3端部的表面粗糙度为Ra0.8-Ra0.2。

参考图2和图3，卡紧机构4包括固定在两根支撑杆12上的安装板41，在其中一根支撑杆12上固定有底座42和卡块43，在另一根支撑杆42上固定有连接块44，在连接块44上铰接有限位板45。

支撑杆12的横截面为非圆形，如可以是在圆形上割去部分或者是正方形、矩形等，在安装板41上设有与支撑杆12截面配合的安装孔411，使得安装板411可以穿套在支撑杆12上并过盈配合固定。

参考图3和图4，安装板41的中部开设有U形槽412，U形槽412的底部固定有一对限位柱413，两个限位柱413之间的距离略大于磨轴3的直径，使得限位柱413对磨轴3起到限位作用，减少磨轴3端部的颤动，提高磨轴3的加工精度。

底座42上设有与支撑杆12过盈配合的穿孔，底座42可以贴合安装板41设置。底座42远离集液槽11的一端固定有顶块421，顶块421的一端延伸至U形槽412处。这样连杆5的一端套设在磨轴3上时，另一端可抵接在顶块421上。根据需要，顶块421沿磨轴3的轴向宽度可以增加，以支撑更多数量的连杆5。

参考图3和图4，卡块43上设有与支撑杆12过盈配合的过孔，卡块43远离集液槽11的一面设有卡槽。卡块43位于底座42背离安装板41的一侧设置，卡块43与底座42之间间隔一段距离，这段距离根据一次性精磨连杆5的端部总高度确定。

连接块44上设有与支撑杆12过盈配合的过孔，连接块44上设有容纳槽，限位板45呈“︿”形，限位板45的一端伸入到容纳槽中并通过销杆与连接块44铰接，使得限位板45远离磨轴3顺时针转动到竖直状态后，限位板45的底端被连接块44支撑。

限位板45的另一端凸起形成卡接部452，卡接部452与卡块43上的卡槽配合，当限位板45靠近磨轴3逆时针转动到水平状态后，限位块45能够卡入到卡槽内固定。限位板45靠近卡块43处开设有握持孔451，以便人用手抬起或放下限位板45。此外，握持孔451减轻了限位板45的重量。

参考图3和图4，在限位板45的中间位置固定有两个条形的限位块46，限位块46上设有条形孔461，限位块461通过螺钉穿过条形孔461与限位板45固定连接。根据需要，可以拧松螺钉调节限位块46伸出限位板45的长度。两个限位块46之间形成开槽462，开槽461略大于两个限位柱413之间的距离。开槽461与限位板45铰接点的距离等于磨轴3与限位板45铰接点的距离，使得限位板45转动到水平位置时，两个限位块46恰好卡在磨轴3的两端，限位块46与安装板41上的限位柱413共同作用并对连杆5进行限位，防止连杆5沿磨轴3的轴向相对滑动。

参考图5和图6，为了防止冷却管2喷出的液体飞溅，在限位板45对应限位块46位置固定有横截面呈U型的防护罩47，防护罩47可以采用不锈钢制作。防护罩47的主平面与限位板45呈夹角设置，使得限位板45转动到水平位置后，防护罩47的主动面向下倾斜，这样从冷却管2喷出的冷却液飞溅被防护罩47阻挡，飞溅的液体在防护罩47处聚集并落到下方的集液槽11中。

该连杆销孔精磨设备的工作原理如下：

用手握住握持孔451并顺时针转动限位板45，使得限位板45远离磨轴3并支撑在连接块44上，然后将连杆5的一端套设在磨轴3上，多根连杆5并排设置，其中一些连杆5的另一端抵接在顶块421上。

然后再逆时针转动限位板45，使得卡接部452卡入到卡块43上的卡槽中固定，此时限位板45上的限位块46抵在最外侧连杆5上，使得多个连杆5沿磨轴3轴向固定位置。

移动冷却管2使得喷口对准磨轴3，冷却液喷洒在连杆5上，磨轴3转动对连杆5进行珩孔精磨，得到销孔加工精度高的连杆5。

实施例二：一种曲轴生产工艺，如图7所示，包括以下步骤：

(1)曲柄毛坯制作：将直径为φ20mm、长度为25cm的20Cr圆钢一端加热至1150℃并镦粗，使得圆钢成为一端呈半球形的初坯，加热长度为8cm。然后把镦粗成型后的初坯放在锻压模具中连续经过初次热锻和二次热锻，初次热锻温度为1150℃，时间为5S；二次热锻温度为1050℃，时间为5S，使得初坯的半球端成型为曲柄6的平衡块62。再利用工具将平衡块62处的飞边去除，并对工件进行抛丸处理，得到曲柄毛坯件。

(2)曲柄毛坯粗加工：将曲柄毛坯件的平衡块62部位固定，对远离平衡块62一端的圆钢端面进行齐头处理，即对圆钢端面进行磨平达到镜面效果。然后在定心设备上找准圆钢的中心，在中心位置钻中心孔。相比传统曲柄加工，进行齐头处理后钻中心孔，能够保证曲柄加工端面跳动和相对轴心曲柄外圆跳动，提高曲轴工作性能。

将钻中心孔后的曲柄毛坯件固定在机床上，对圆钢部位进行加工车削形成轴杆61，然后对平衡块62大端面进行车削铣平。

再用工具在平衡块62预设计销孔位置加工出销孔621，并对平衡块62端面二次铣平加工。

在轴杆61端部铣出键槽611，然后将轴杆61端部放在挤丝机上加工出螺纹，随后对曲柄毛坯进行清洗，去除表面油污和金属屑，并干燥。

(3)曲柄热处理：将清洁干净的曲柄毛坯按照图8工艺曲线进行热处理：

(a)预渗碳：采用910℃，碳势0.5，渗碳25min；

(b)循环渗碳：采用910℃，碳势1.05，进行60min渗碳，然后在25℃的油中冷淬；之后再采用910℃，碳势0.85，进行100min渗碳，然后在25℃的油中冷淬；

(c)循环扩散：采用840℃，碳势0.8，进行30min渗碳扩散，然后在25℃的油中冷淬；之后再采用860℃，碳势0.8，进行60min渗碳扩散，以获得较为均匀的碳浓度分布，减小由于渗碳热处理导致的应力，然后在100℃的油中淬火冷却；

(d)回火：采用200℃，回火60min。

完成后，对轴杆61进行表面硬度梯度检测以及磨损量测试，与未进行热处理的曲柄毛坯检测结果进行对比如下：

表1曲柄热处理前后轴杆表面硬度检测结果

表2曲柄热处理前后轴杆磨损量检测结果

(4)后续处理：将热处理完毕后的曲柄毛坯进行抛丸处理，抛丸粒径为1-2mm，抛丸时间2h。

之后对抛丸后的曲柄毛坯的螺纹端进行退火处理，将螺纹端局部加热至750℃，保温2小时，然后在油中冷却至室温。

把退火处理后的毛坯放在磨床上对销孔621粗磨，然后再将销孔621用设备进行精磨，使得销孔621内表面的粗糙度达到Ra0.2，制得曲柄成品。

(5)组装：将两个曲柄成品的平衡块62端面平行对齐，然后将销轴7穿设在其中一个销孔621中，再把连杆5通过轴承套设在销轴7上，使用设备将两个曲柄压在销轴7上固定形成曲轴成品。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种连杆销孔精磨设备，其特征在于：包括机架(1)和水平转动安装在机架(1)上的磨轴(3)，磨轴(3)的一端连接有驱动其转动的驱动机构，机架(1)上连接有喷口延伸至磨轴(3)的冷却管(2)；机架(1)通过支撑杆(12)固定有竖向设置的安装板(41)，安装板(41)的中部设有供磨轴(3)穿过的U形槽(412)，安装板(41)的一端固定有顶块(421)和卡块(43)，顶块(421)位于U形槽(412)的一侧并沿磨轴(3)轴向延伸，卡块(43)上设有卡槽；安装板(41)的另一端连接有限位板(45)，限位板(45)绕垂直于安装板(41)的轴线相对安装板(41)转动，限位板(45)远离转动轴线的一端设有与卡槽配合的卡接部(452)。

2.根据权利要求1所述的连杆销孔精磨设备，其特征在于：所述磨轴(3)端部的表面粗糙度为Ra0.8-Ra0.2。

3.根据权利要求1所述的连杆销孔精磨设备，其特征在于：所述U形槽(412)上固设有一对竖直设置的限位柱(413)，两个限位柱(413)相对侧壁与磨轴(3)外径相切。

4.根据权利要求3所述的连杆销孔精磨设备，其特征在于：所述限位板(45)的中部固定有一对限位块(46)，两个限位块(46)之间的距离大于磨轴(3)外径且小于连杆(5)销孔端的外径。

5.根据权利要求4所述的连杆销孔精磨设备，其特征在于：所述限位板(45)上对应限位块(46)处固设有防护罩(47)。

6.根据权利要求1所述的连杆销孔精磨设备，其特征在于：所述机架(1)位于安装板(41)正下方设有集液槽(11)。

7.一种曲轴生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1：曲柄毛坯制作：将20Cr圆钢一端加热至1150℃并镦粗，使得圆钢成为一端呈半球形的初坯；然后把镦粗成型后的初坯放在锻压模具中进行热锻使得初坯的半球端成型为曲柄的平衡块，去除飞边并进行抛丸处理，得到曲柄毛坯件；

S2：曲柄毛坯粗加工：将曲柄毛坯件远离平衡块一端的圆钢端面进行齐头处理，然后在中心位置钻中心孔；对圆钢部位进行加工车削形成轴杆，然后对平衡块大端面进行车削铣平；再用工具在平衡块预设计销孔位置加工出销孔，并对平衡块端面二次铣平加工；在轴杆端部铣出键槽，然后将轴杆端部加工出螺纹，随后对曲柄毛坯进行清洗并干燥；

S3：曲柄毛坯热处理：

预渗碳：采用910℃，碳势0.5，渗碳25min；

循环渗碳：采用910℃，碳势1.05，进行60min渗碳，然后在25℃的油中冷淬；之后再采用910℃，碳势0.85，进行100min渗碳，然后在25℃的油中冷淬；

循环扩散：采用840℃，碳势0.8，进行30min渗碳扩散，然后在25℃的油中冷淬；之后再采用860℃，碳势0.8，进行60min渗碳扩散，然后在100℃的油中淬火冷却；

回火：采用200℃，回火60min；

S4：曲柄后续加工：将热处理完毕后的曲柄毛坯进行抛丸处理，然后对销孔进行粗磨和精磨，使得销孔内表面的粗糙度达到Ra0.2，制得曲柄成品；

S5：组装：将连杆通过轴承套设在销轴上，销轴的两端与曲柄的销孔固定，制得曲轴成品。

8.根据权利要求7所述的曲轴生产工艺，其特征在于：S1步骤中热锻包括初次热锻和二次热锻，初次热锻温度为1150℃，时间为5S；二次热锻温度为1050℃，时间为5S。

9.根据权利要求7所述的曲轴生产工艺，其特征在于：S4步骤中抛丸处理后对曲柄毛坯的螺纹端进行退火处理，将螺纹端局部加热至750℃，保温2小时，然后在油中冷却至室温。