CN114196808A - 一种多缸整体曲轴淬火夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多缸整体曲轴淬火夹具，包括底板、多个下支撑块、多个连杆颈支撑部件、多个主轴颈支撑部件及相对设置的左主轴颈限位块和右主轴颈限位块，各所述连杆颈支撑部件分别设置于各连杆颈的档宽位置，各所述主轴颈支撑部件分别设置于各中间主轴颈的档宽位置，各所述下支撑块均安装于所述底板上且相邻两所述下支撑块的间距可调，所述下支撑块上具有用于与所述曲轴的大外圆定位的V形槽，所述左主轴颈限位块和所述右主轴颈限位块上分别设置有用于对所述曲轴的两端主轴颈限位的V形槽。应用本发明提供的多缸整体曲轴淬火夹具，大大减小了曲轴的热处理变形程度，且工装通用性强，不同品种之间能够达到夹具快换的目的。
Description
技术领域
本发明涉及曲轴加工技术领域，更具体地说，涉及一种多缸整体曲轴淬火夹具。
背景技术
船用舷外机曲轴作为发动机核心部件，是引擎动力的重要旋转机件，最高转速达到8000rpm，额定功率131KW，排量3.0L，曲轴轴径表面需要具备高硬度和耐磨性，以满足其运行的性能要求，所以曲轴在机加工后需要进行整体渗碳淬火工艺，以提高曲轴轴颈表面的硬度和耐磨性，同时材料芯部又能具备较强的塑性和韧性。能够满足渗碳淬火曲轴的材料属于低合金钢范畴，其材料本身在渗碳淬火过程中容易变形，再加上整体曲轴属于异形件，因此对于长度超过500mm的多缸整体曲轴在渗碳淬火过程中，如何能够有效将变形量控制到最小至关重要。
现有整体渗碳淬火夹具如图1和图2所示，曲轴装夹方式为立放，且以M2、M3两级主轴颈的端面A、B作为支撑面(受加工误差累计的影响，A、B两个端面，其中任一为主支撑面，另一端面为辅助支撑面，亦为避免过定位)，装夹箱体上对应支撑面的位置通过开槽以提供支撑作用，其余各连杆颈档宽均用多个支撑销钉支撑。
然而，在热处理过程中，由于曲轴立放，自身重量影响较大，而上述夹具不能限制曲轴受自身重量在高温条件下沿重力竖直方向的变形，特别在热应力释放时会沿着该方向加剧变形。再者，A、B支撑面之间的距离固定，更换品种时通用性不足，生产效率低，仅可作为专用夹具，适用于样件生产。以上情况会直接导致曲轴严重变形，影响曲轴后工序加工，磨削不起来或磨削余量不均匀产生磨削裂纹，产生废品；严重变形零件在校直时会产生裂纹或直接断裂，产品质量存在巨大隐患。
综上所述，如何有效地解决多缸整体曲轴受自身重力影响淬火时易变形等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多缸整体曲轴淬火夹具，该多缸整体曲轴淬火夹具的结构设计可以有效地解决多缸整体曲轴受自身重力影响淬火时易变形的问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多缸整体曲轴淬火夹具，包括底板、多个下支撑块、多个连杆颈支撑部件、多个主轴颈支撑部件及相对设置的左主轴颈限位块和右主轴颈限位块，各所述连杆颈支撑部件分别设置于各连杆颈的档宽位置，各所述主轴颈支撑部件分别设置于各中间主轴颈的档宽位置，各所述下支撑块均安装于所述底板上且相邻两所述下支撑块的间距可调，所述下支撑块上具有用于与所述曲轴的大外圆定位的V形槽，所述左主轴颈限位块和所述右主轴颈限位块上分别设置有用于对所述曲轴的两端主轴颈限位的V形槽。
优选地，上述多缸整体曲轴淬火夹具中，所述底座上沿所述曲轴安装状态的长度方向开设有多个安装通孔，各所述下支撑块可选的与不同的所述安装通孔固定连接以调整间距。
优选地，上述多缸整体曲轴淬火夹具中，所述安装通孔为螺纹孔，所述下支撑块通过与所述螺纹孔配合的螺钉与所述底座固定连接。
优选地，上述多缸整体曲轴淬火夹具中，所述安装通孔对于夹具在淬火后浸入淬火液过程中通油均匀。
优选地，上述多缸整体曲轴淬火夹具中，所述连杆颈支撑部件为连杆颈支撑块，所述连杆颈支撑块相对的两个端面用于与所述连杆颈两侧端面接触限位；所述主轴颈支撑部件为主轴颈支撑块，所述主轴颈支撑块相对的两个端面用于与所述主轴颈两侧端面接触限位。
优选地，上述多缸整体曲轴淬火夹具中，所述主轴颈支撑块的底面与所述下支撑块的V形槽相抵，顶面上具有用于与所述主轴颈贴合的主轴颈弧形安装槽。
优选地，上述多缸整体曲轴淬火夹具中，所述连杆颈支撑块的外周面为圆弧面，且具有用于与所述连杆颈贴合的连杆弧形安装槽。
优选地，上述多缸整体曲轴淬火夹具中，所述连杆颈支撑部件与所述主轴颈支撑部件均为耐高温不锈钢件。
优选地，上述多缸整体曲轴淬火夹具中，还包括与所述下支撑块可拆卸连接的上盖，所述上盖的底面具有用于对所述曲轴的大外圆限位的V形槽。
优选地，上述多缸整体曲轴淬火夹具中，所述下支撑块上连接有导柱，所述上盖上开设有通孔，所述导柱用于穿设于所述通孔中，且所述导柱的顶端具有用于与螺母配合以将所述下支撑块和所述上盖锁紧的螺纹。
优选地，上述多缸整体曲轴淬火夹具中，还包括分别与所述左主轴颈限位块和所述右主轴颈限位块可拆卸连接的左主轴颈上限位块和右主轴颈上限位块，所述左主轴颈上限位块和所述右主轴颈上限位块上分别开设有用于从所述曲轴上方限位的V形槽。
本发明提供的多缸整体曲轴淬火夹具，包括底板、左主轴颈限位块、右主轴颈限位块、多个下支撑块、多个连杆颈支撑部件、多个主轴颈支撑部件。其中，各连杆颈支撑部件分别设置于各连杆颈的档宽位置，各主轴颈支撑部件分别设置于各中间主轴颈的档宽位置，各下支撑块均安装于底板上且相邻两下支撑块的间距可调，下支撑块上具有用于与曲轴的大外圆定位的V形槽，左主轴颈限位块和右主轴颈限位块相对设置，且其上分别设置有用于对曲轴的两端主轴颈限位的V形槽。
应用本发明提供的多缸整体曲轴淬火夹具，通过底板、左主轴颈限位块、右主轴颈限位块、多个下支撑块的配合，实现曲轴的卧放定位，使得曲轴整体受力均匀，避免了曲轴在重力方向受高温影响的变形，从而大大减小曲轴轴向的热处理变形程度。且下支撑块通过其上的V形槽与曲轴的大外圆定位，且下支撑块在底座上的位置可调，进而该夹具能够适用于多种规格型号的曲轴，夹具的通用性更强，提高了生产效率。综上，该多缸整体曲轴淬火夹具大大减小了曲轴的热处理变形程度，且工装通用性强，不同品种之间能够达到夹具快换的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中常见的多缸整体曲轴淬火夹具装夹示意图；
图2为图1的另一视角示意图；
图3为本发明一个具体实施例的多缸整体曲轴淬火夹具的结构示意图；
图4为图3的局部示意图；
图5为图3对应的曲轴装夹状态示意图；
图6为曲轴的结构示意图。
附图中标记如下：
1—螺母；2—上盖；3—导柱；4—左主轴颈上限位块；5—螺栓；6—左主轴颈限位块；7—底板；8—下支撑块；9—连杆颈支撑块；10—主轴颈支撑块；11—右主轴颈上限位块；12—右主轴颈限位块；13—安装通孔。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种多缸整体曲轴淬火夹具，以大大减小曲轴的热处理变形程度。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
请参阅图3-图5，图3为本发明一个具体实施例的多缸整体曲轴淬火夹具的结构示意图；图4为图3的局部示意图；图5为图3对应的曲轴装夹状态示意图。
在一个具体实施例中，本发明提供的多缸整体曲轴淬火夹具，包括底板7、左主轴颈限位块6、右主轴颈限位块12、多个下支撑块8、多个连杆颈支撑部件、多个主轴颈支撑部件。
其中，底板7用于支撑下支撑块8及其上的各部件。各下支撑块8均安装于底板7上且相邻两下支撑块8的间距可调。具体的，底板7上具有多个安装部，各下支撑块8可选的与不同的安装部可拆卸连接，从而调整相邻两下支撑块8之间的间距。根据需要，也可以将下支撑块8滑动安装于底板7上，并通过锁紧部件将下支撑块8锁止于滑动路径的不同位置，也能够起到间距调整的作用。
下支撑块8上具有用于与曲轴的大外圆定位的V形槽，需要说明的是，下支撑块8上的V形槽，指相对的侧壁呈V形倾斜的凹槽结构，两V形倾斜侧壁之间既可以通过平面过渡连接，也可以直接连接呈尖角状。通过V形的侧壁对曲轴大外圆进行支撑以定位。且对于不同规格的曲轴，其大外圆能够与V形侧壁的不同位置相抵，即通过V形槽对于不同外径的大外圆均能起到有效定位作用。曲轴竖放、卧放方式不同，热应力释放导致的变形程度也不同，以上两种情况都会直接影响曲轴的后序加工以及装配精度，通过将曲轴水平放置，各大外圆同时受力，其受力均匀分布，从而确保曲轴的变形程度最小。
多个连杆颈支撑部件分别设置于各连杆颈的档宽位置，多个主轴颈支撑部件分别设置于各中间主轴颈的档宽位置。连杆颈的档宽位置如图6所示的①②③④⑤⑥位置，中间主轴颈的档宽位置如图6所示的M2、M3位置。通过连杆颈支撑部件及主轴颈支撑部件的设置，从轴向限制曲轴的变形及热应力的释放减小曲轴在渗碳淬火后的热变形程度。
左主轴颈限位块6和右主轴颈限位块12相对设置，且其上分别设置有用于对曲轴的两端主轴颈限位的V形槽。曲轴装配时，将曲轴平放在下支撑块8上，按规定要求调整左右两端主轴颈朝向，以大外圆定位。在各连杆颈的档宽位置及中间主轴颈的档宽位置分别用连杆颈支撑部件及主轴颈支撑部件辅助支撑。而后分别在左右两端主轴颈位置装配左主轴颈限位块6、右主轴颈限位块12，限位块与曲轴轴径之间非完全接触，其间隙根据材料热胀系数计算。而后旋转曲轴至规定相位角度。通过左右两端主轴颈的辅助支撑限位，进一步限制曲轴的变形及热应力的释放，减小曲轴在渗碳淬火后的热变形程度。
应用本发明提供的多缸整体曲轴淬火夹具，通过底板7、左主轴颈限位块6、右主轴颈限位块12、多个下支撑块8的配合，实现曲轴的卧放定位，使得曲轴整体受力均匀，避免了曲轴在重力方向受高温影响的变形，从而大大减小曲轴轴向的热处理变形程度。且下支撑块8通过其上的V形槽与曲轴的大外圆定位，且下支撑块8在底座上的位置可调，进而该夹具能够适用于多种规格型号的曲轴，夹具的通用性更强，适用于量产产品，提高了生产效率，减小了劳动强度。综上，该多缸整体曲轴淬火夹具大大减小了曲轴的热处理变形程度，且工装通用性强，不同品种之间能够达到夹具快换的目的。
进一步地，底座上沿曲轴安装状态的长度方向开设有多个安装通孔13，各下支撑块8可选的与不同的安装通孔13固定连接以调整间距。也就是通过将各下支撑块8与不同的安装通孔13可拆卸的固定连接，实现相邻两下支撑块8之间间距的调整。一方面，对应各下支撑块8设置多个安装通孔13，便于调整间距，即能够方便地根据曲轴长度规格调整下支撑块8之间的距离以满足多种长度规格的曲轴放置。另一方面，调整后未用的安装通孔13可以作为过油孔，在淬火工序中曲轴浸入冷却介质时可以使零件冷却更均匀。具体的，安装通孔13为螺纹孔，下支撑块8通过与螺纹孔配合的螺钉与底座固定连接。螺钉连接结构简单，连接可靠，拆装方便。具体的，安装通孔13对于夹具在淬火后浸入淬火液过程中通油均匀，具体可以通过安装通孔13的位置及形状等控制，以确保夹具整体冷却均匀，减小变形。
具体的，连杆颈支撑部件为连杆颈支撑块9，连杆颈支撑块9相对的两个端面用于与连杆颈两侧端面接触限位。也就是连杆颈的档宽位置采用支撑块辅助支撑，面对面接触，接触面积大，更为牢靠。相较于常规多个销钉支撑而言，周转过程中，曲轴不稳定导致各连杆颈档宽位置支撑销钉在周转过程中容易掉落，对于无支撑位置会产生向弱侧变形的趋势。再者，支撑销钉数量若用一个，则因为接触面积小，失去支撑的意义，数量通常为三个或多个，则因为支撑力不均匀在热胀冷缩过程中对平衡块的支撑不均衡导致平衡块不同程度的变形，且多个销钉安装时人工操作劳动强度大。本申请中采用支撑块进行支撑，一个档宽位置仅需一个支撑块即可，具体根据材料热胀系数计算出连杆颈支撑块9与档宽之间的间隙，受热膨胀后其受力是均匀的，变形程度可控。另外，周转过程中连杆颈支撑块9也更为稳定。
主轴颈支撑部件具体为主轴颈支撑块10，主轴颈支撑块10相对的两个端面用于与主轴颈两侧端面接触限位。也就是中间主轴颈的档宽位置也采用支撑块辅助支撑，面对面接触，接触面积大，更为牢靠。具体根据材料热胀系数计算出主轴颈支撑块10与档宽之间的间隙，受热膨胀后其受力是均匀的，变形程度可控。
具体的，主轴颈支撑块10的底面与下支撑块8的V形槽相抵，顶面上具有用于与主轴颈贴合的主轴颈弧形安装槽。如图3所示，主轴颈支撑块10的底面为弧面，以与下支撑块8的V形槽配合，主轴颈弧形安装槽则能够与主轴颈的外周面贴合。
对于连杆颈支撑块9而言，具体的，连杆颈支撑块9的外周面为圆弧面，且具有用于与连杆颈贴合的连杆弧形安装槽。如图3所示，连杆颈支撑块9整体呈月牙形，以更好的满足安装需求。
渗碳淬火温度近1000℃，属于高温表面化学热处理方式，常规碳钢材料很容易自身在高温条件下因热胀冷缩的因素弯曲变形，直接影响到曲轴的弯曲程度。因而，本申请中连杆颈支撑部件与主轴颈支撑部件均为耐高温不锈钢件，一般为非碳钢材料，在淬火时不会发生组织转变，微变形程度可忽略不计。耐高温不锈钢件的膨胀系数较小，在1080℃下不氧化、不变形，大大减小夹具在渗碳淬火过程中的变形程度，能够有效保证产品质量，降低工人的劳动强度，提高生产效率。
在上述各实施例的基础上，还包括与下支撑块8可拆卸连接的上盖2，上盖2的底面具有用于对曲轴的大外圆限位的V形槽。需要说明的是，上盖2上的V形槽，指相对的侧壁呈V形倾斜的凹槽结构，两V形倾斜侧壁之间既可以通过平面过渡连接，也可以直接连接呈尖角状。通过V形的侧壁对曲轴的大外圆以限位。且对于不同规格的曲轴，其大外圆能够与V形侧壁的不同位置相抵，即通过V形槽对于不同外径的曲轴大外圆均能起到有效限位作用。曲轴大外圆采用上盖2压靠，使得曲轴更牢靠，周转过程中更稳定。
具体的，下支撑块8上连接有导柱3，上盖2上开设有通孔，导柱3用于穿设于通孔中，且导柱3的顶端具有用于与螺母1配合以将下支撑块8和上盖2锁紧的螺纹。装配时，曲轴旋转至规定角度后，将上盖2沿导柱3放置压靠，然后分别用螺母1锁紧。通过导柱3的设置，提供定位及导向作用，使得上盖2的装配更为方便。且螺母1锁紧固定，拆装方便。
在上述各实施例中，还包括分别与左主轴颈限位块6和右主轴颈限位块12可拆卸连接的左主轴颈上限位块4和右主轴颈上限位块11，左主轴颈上限位块4和右主轴颈上限位块11上分别开设有用于从曲轴上方限位的V形槽。需要说明的是，此处的V形槽指相对的侧壁呈V形倾斜的凹槽结构，两V形倾斜侧壁之间既可以通过平面过渡连接，也可以直接连接呈尖角状。通过V形的侧壁对曲轴两端主轴颈进行支撑以定位。且对于不同规格的曲轴，其两端主轴颈能够与V形侧壁的不同位置相抵，即通过V形槽对于不同外径的轴颈均能起到有效定位作用。具体的，左主轴颈限位块6和左主轴颈上限位块4通过螺栓5连接，如左主轴颈限位块6的左右两侧分别通过螺栓5与左主轴颈上限位块4锁紧固定。右主轴颈限位块12和右主轴颈上限位块11具体也可以通过螺栓5连接，如右主轴颈限位块12的左右两侧分别通过螺栓5与右主轴颈上限位块11锁紧固定。左主轴颈限位块6和右主轴颈限位块12与曲轴轴径之间非完全接触，其间隙根据材料热胀系数计算。
综上，本申请提供的多缸整体曲轴淬火夹具，曲轴水平放置，整体受力均匀，消除曲轴因自身重量在高温条件下沿重力竖直方向的热处理变形，控制变形量≤0.2mm。采用通用性更强的下支撑块8结构，且下支撑块8之间间距可调整，能够满足适用于多种规格型号的曲轴，提高生产效率，实现夹具的标准化、模块化。
本申请提供的多缸整体曲轴淬火夹具分别从轴向、径向限制曲轴的变形及热应力的释放，能够有效的减小曲轴在渗碳淬火后的热变形程度，确保产品质量，消除隐患。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (11)
1.一种多缸整体曲轴淬火夹具，其特征在于，包括底板(7)、多个下支撑块(8)、多个连杆颈支撑部件、多个主轴颈支撑部件及相对设置的左主轴颈限位块(6)和右主轴颈限位块(12)，各所述连杆颈支撑部件分别设置于各连杆颈的档宽位置，各所述主轴颈支撑部件分别设置于各中间主轴颈的档宽位置，各所述下支撑块(8)均安装于所述底板(7)上且相邻两所述下支撑块(8)的间距可调，所述下支撑块(8)上具有用于与所述曲轴的大外圆定位的V形槽，所述左主轴颈限位块(6)和所述右主轴颈限位块(12)上分别设置有用于对所述曲轴的两端主轴颈限位的V形槽。
2.根据权利要求1所述的多缸整体曲轴淬火夹具，其特征在于，所述底座上沿所述曲轴安装状态的长度方向开设有多个安装通孔(13)，各所述下支撑块(8)可选的与不同的所述安装通孔(13)固定连接以调整间距。
3.根据权利要求2所述的多缸整体曲轴淬火夹具，其特征在于，所述安装通孔(13)为螺纹孔，所述下支撑块(8)通过与所述螺纹孔配合的螺钉与所述底座固定连接。
4.根据权利要求2所述的多缸整体淬火夹具，其特征在于，所述安装通孔(13)用于夹具在淬火后浸入淬火液过程中通油均匀。
5.根据权利要求1所述的多缸整体曲轴淬火夹具，其特征在于，所述连杆颈支撑部件为连杆颈支撑块(9)，所述连杆颈支撑块(9)相对的两个端面用于与所述连杆颈两侧端面接触限位；所述主轴颈支撑部件为主轴颈支撑块(10)，所述主轴颈支撑块(10)相对的两个端面用于与所述主轴颈两侧端面接触限位。
6.根据权利要求5所述的多缸整体曲轴淬火夹具，其特征在于，所述主轴颈支撑块(10)的底面与所述下支撑块(8)的V形槽相抵，顶面上具有用于与所述主轴颈贴合的主轴颈弧形安装槽。
7.根据权利要求5所述的多缸整体曲轴淬火夹具，其特征在于，所述连杆颈支撑块(9)的外周面为圆弧面，且具有用于与所述连杆颈贴合的连杆弧形安装槽。
8.根据权利要求1所述的多缸整体曲轴淬火夹具，其特征在于，所述连杆颈支撑部件与所述主轴颈支撑部件均为耐高温不锈钢件。
9.根据权利要求1-8任一项所述的多缸整体曲轴淬火夹具，其特征在于，还包括与所述下支撑块(8)可拆卸连接的上盖(2)，所述上盖(2)的底面具有用于对所述曲轴的大外圆限位的V形槽。
10.根据权利要求9所述的多缸整体曲轴淬火夹具，其特征在于，所述下支撑块(8)上连接有导柱(3)，所述上盖(2)上开设有通孔，所述导柱(3)用于穿设于所述通孔中，且所述导柱(3)的顶端具有用于与螺母(1)配合以将所述下支撑块(8)和所述上盖(2)锁紧的螺纹。
11.根据权利要求1-8任一项所述的多缸整体曲轴淬火夹具，其特征在于，还包括分别与所述左主轴颈限位块(6)和所述右主轴颈限位块(12)可拆卸连接的左主轴颈上限位块(4)和右主轴颈上限位块(11)，所述左主轴颈上限位块(4)和所述右主轴颈上限位块(11)上分别开设有用于从所述曲轴上方限位的V形槽。
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