CN117206838A - 一种发动机曲轴链轮加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发动机曲轴链轮加工方法，包括对毛坯进行选材制作、齿坯精加工：曲轴链轮毛坯车削加工；链轮端面定位孔铣削加工；链轮齿坯加工；加工链轮进行粗加工，去除链轮毛刺；进行渗碳、曲轴热处理；进行热处理后的曲轴热后滚齿超硬加工、零件倒棱。本方法在加工链轮热处理前粗加工齿坯和热后采用滚齿超硬加工，在齿轮加工工艺中，滚齿是展成法原理来加工齿轮，用滚刀来加工对轮相当于一对交错螺旋轮啮合，滚刀和工件之间保持严格相对运动关系，加工稳定性较高，加工切削量一致，对加工曲轴链轮产生的切削应力较小，且高速滚齿精加工表面粗糙度较高；热后超硬滚齿加工，采用硬质合金材料滚刀加工，运用滚齿机床测量功能以保证硬滚工艺需求。
Description
技术领域
本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种发动机曲轴链轮加工方法。
背景技术
发动机曲轴是发动机中重要的部件，其承受连杆传来的力，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，而链轮是其中重要的一环。
传统V12发动机曲轴其链轮与曲轴本身为分体连接，采用螺纹，键槽连接或压装工艺。目前，一汽公司生产的新型曲轴链轮为一体式连接，对其加工需求更加严格，由于其加工曲轴总长度较大，对于其链轮的尺寸要求，使用寿命，连接传动的性能稳定性和噪音要求较高。同时，还需考虑对曲轴加工制造成本的控制。现缺乏一种成熟的发动机曲轴一体式链轮加工方法，以有效解决上述问题。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种新型V12发动机传动曲轴一体式链轮滚齿加工方法，以解决使一体式连接的新型V12发动机曲轴链轮可低噪音，低成本且高稳定性进行加工的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种发动机曲轴链轮加工方法，包括以下步骤：
A`、对毛坯进行选材制作、齿坯精加工：
A1、曲轴链轮毛坯车削加工；
A2、链轮端面定位孔铣削加工；
A3、链轮齿坯加工；
B、加工链轮进行粗加工，去除链轮毛刺；
C、进行渗碳、曲轴热处理；
D、进行热处理后的曲轴热后滚齿超硬加工、零件倒棱，即完成工件的加工。
进一步地，步骤A1，曲轴链轮毛坯车削加工的具体步骤为：锻造或铸造加工毛坯，对毛坯粗精加工，车削加工曲轴两侧端面、外圆、链轮齿顶圆端面，加工端面均预留0.2mm的加工余量，链轮齿顶圆预留0.5mm加工余量。
进一步地，步骤A2，链轮端面定位孔铣削加工的具体步骤为：在曲轴工件底部增加直径5mm定位销孔，销孔采用铣削加工，保证工件装夹轴颈跳动精度小于0.015mm，工件端面跳动小于0.02mm，孔深加工满足15±0.02mm，直径满足5±0.02mm加工需求。
进一步地，步骤A3，链轮齿坯加工的具体步骤为：采用滚齿加工工艺，曲轴链轮滚齿加工装夹采用两端顶尖顶紧装夹零件，装夹夹具轴向回转跳动小于0.002mm，夹具端面跳动误差小于0.002mm，夹具增加标准定位销，工件夹紧力需控制在5KN/m以下。
进一步地，步骤B，去除链轮毛刺的具体步骤为：对滚齿加工所产生齿两侧毛刺进行加工去除，保证倒棱加工齿两端棱角小于45°，加工倒棱宽度0.5mm。
进一步地，步骤C，具体为：采用高频淬火工艺，将曲轴加工至500～540℃，之后立即进行快速冷却，有效淬硬层深度处硬度满足425HV1，热处理完成工件后进曲轴校直和两端中心孔研磨加工，要求校正后工件，以两端中心孔为基准，工件上任意一段轴颈的跳动小于0.03mm。
进一步地，步骤D，具体为：采用热处理工序前加工夹具，调整至同上滚齿夹具合格装夹精度，使用滚齿测量功能，运用直径1mm测针进行测量加工，测针校准精度小于0.001mm，装夹超硬材料滚刀，调整滚刀与刀轴回转精度至0.02mm以内。
进一步地，热处理后滚齿加工时，滚齿硬切削加工进给量不得小于0.05mm/TR，不得大于0.35mm/TR。
进一步地，运用滚齿机测量检测曲轴链轮齿面两侧检查区域，得出工件链轮两齿中心位置，补偿到滚齿加工程序中，并对曲轴链轮热处理后左右齿形产生的变形量测量补偿，左右齿向在链轮淬火过程中会发生变化，回温后齿向需有检测功能反馈数值，更改滚刀与工件加工夹角进行补正。
更进一步地，使用滚齿机的齿轮测量功能时，更换直径1mm长度50mm红宝石球形测针，校准测针，校准误差小于0.001mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种乘用车新型V12发动机曲轴链轮的加工方法，在加工链轮热处理前粗加工齿坯和热后超硬加工中方式中采用滚齿加工工艺，在齿轮加工工艺中，滚齿是展成法原理来加工齿轮，用滚刀来加工对轮相当于一对交错螺旋轮啮合，滚刀和工件之间保持严格相对运动关系，加工稳定性较高，加工切削量一致，对加工曲轴链轮产生的切削应力较小，且高速滚齿精加工表面粗糙度较高；热后超硬滚齿加工，采用硬质合金材料的滚刀进行加工，为保证两次加工齿轮不会出现乱齿现象，加工余量不匀运用滚齿机床测量功能以保证硬滚工艺需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1发动机曲轴示意图；
图2定位孔位置示意图；
图3测量示意图；
图4预留量齿形加工示意图；
图5加工测量区域示意图；
图6齿向加工示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明发动机曲轴链轮加工方法，包括链轮整体的加工工艺流程和制齿的加工工艺参数，加工过程首先是对毛坯进行选材制作、齿坯精加工；接着，加工链轮进行粗加工；然后，进行渗碳、热处理；最后，进行热处理后的热后超硬加工、零件倒棱，即完成工件的加工。本发明主要对加工V12发动机曲轴链轮明确一套加工工艺；发动机曲轴链轮在传统加工方法中可以选择滚齿工艺，插齿工艺，数控铣削加工方法进行加工制造，此次加工曲轴由于工件总长为735.5mm，对加工设备有效行程要求苛刻，因曲轴链轮需要进行真空渗氮淬火工艺进行热处理，所需材料硬度较高，对后续制齿加工考验较大。结合以上问题在链轮加工工艺中选用滚齿加工。
本发明发动机曲轴链轮加工方法，包括以下步骤：
1、曲轴链轮毛坯车削加工：锻造或铸造加工毛坯，对毛坯粗精加工，车削加工曲轴两侧端面、外圆、链轮齿顶圆端面，加工端面均预留0.2mm的加工余量，链轮齿顶圆预留0.5mm加工余量。
2、链轮端面定位孔铣削加工：为保证后续装夹零件重复定位精度，在曲轴工件底部增加直径5mm定位销孔，定位销孔加工位置如图2所示，销孔采用铣削加工，保证工件装夹轴颈跳动精度小于0.015mm，工件端面跳动小于0.02mm，孔深加工满足15±0.02mm，直径满足5±0.02mm加工需求。
3、链轮齿坯加工：采用滚齿加工工艺，明确曲轴链轮滚齿加工装夹方式，为保证加工精度，采用两端顶尖顶紧装夹零件，装夹夹具轴向回转跳动小于0.002mm，夹具端面跳动误差小于0.002mm，夹具增加标准定位销，可提高链轮滚齿重复定位精度并解决两顶尖夹具加紧驱动性能低的问题。工件夹紧力需控制在5KN/m以下，避免夹紧力过大使加工工件发生变形。
4、链轮倒棱(去毛刺)：对滚齿加工所产生齿两侧毛刺进行加工去除，保证倒棱加工齿两端棱角小于45°，加工倒棱宽度0.5mm。
5、曲轴热处理：采用高频淬火工艺，将曲轴加工至500～540℃，之后立即进行快速冷却，有效淬硬层深度处硬度满足425HV1，热处理完成工件后进曲轴校直和两端中心孔研磨加工，改善热处理发生的变形量对工件后序加工影响，要求校正后工件，以两端中心孔为基准，工件上任意一段轴颈的跳动小于0.03mm。
6、曲轴热后滚齿超硬加工：采用热处理工序前加工夹具，调整至同上滚齿夹具合格装夹精度，使用滚齿测量功能，运用直径1mm测针进行测量加工，测针校准精度小于0.001mm，装夹超硬材料滚刀，调整滚刀与刀轴回转精度至0.02mm以内。
实施例1
一种发动机曲轴链轮加工方法，
结合上述加工工艺说明在加工链轮热处理前粗加工齿坯和热后超硬加工均运用滚齿加工工艺，本发明公布具体滚齿加工参数及案例说明。
如图1所示，V12发动机曲轴总长735.5mm，曲轴加工位置位于工件右端，为保证机床加工行程满足加工条件，两端采用两顶尖压紧方式进行工件装夹，两顶尖夹具具有良好的轴向定位精度。由于，曲轴总长较大两侧中心定位孔与夹具顶尖接触面小，增加直径5mm定位销孔，定位孔位置如图2所示，避免在滚齿加工时发生窜动，也降低夹具更换工件时产生的误差。夹具装配时需调整精度，保证轴向，端面跳动小于0.02mm，滚刀装配时调整其自身回转跳动小于0.02mm。热处理前后两次滚齿加工具体加工参数见表1。
表1
| 热处理前滚齿粗加工 | 热处理后滚齿超硬加工 | |
| 粗滚切轴向进给 | 2mm/TR | 0.2mm/TR |
| 精滚切轴向进给 | 1.5mm/TR | 0.1mm/TR |
| 两次间径向进给量 | 0.1mm/TR | 0.1mm/TR |
| 粗滚切切削速度 | 120m/min | 260m/min |
| 精滚切切削速度 | 150m/min | 300m/min |
| 加工余量 | 0.5mm | 0 |
齿形加工余量如图4所示。由表1可知，热处理后滚齿加工对比热处理前加工由于加工余量，加工材料硬度的改变加工切削量发生减小，切削速度提高近一倍，滚齿硬切削加工进给量不得小于0.05mm/TR，不得大于0.35mm/TR。切削量太小会导致其滚齿加工时，滚刀与所加工工件发生挤压切削，对尺寸控制造成影响。切削量太大会导致加工表面所产生的加工纹路过大，影响表面粗糙度。通过论证得出，硬切削后尺寸，表面粗糙度均满足使用要求。
发动机曲轴链轮热处理加工后为保证加工切削位置及淬火前后余量去除，使用滚齿机齿轮测量功能，使用时更换直径1mm长度50mm红宝石球形测针，校准测针，校准误差小于0.001mm。运用滚齿机测量检测曲轴链轮齿面两侧检查区域，加工测量区域如图5所示，得出工件链轮两齿中心位置，补偿到滚齿加工程序中，避免滚齿加工出现切削乱齿现象。同时，对曲轴链轮热处理后左右齿形产生的变形量测量补偿，实现精准的去除曲轴链轮的加工余量。左右齿向在链轮淬火过程中会发生变化，回温后齿向需有检测功能反馈数值，更改滚刀与工件加工夹角进行补正。
本方法在加工链轮热处理前粗加工齿坯和热后超硬加工中方式中采用滚齿加工工艺，在齿轮加工工艺中，滚齿是展成法原理来加工齿轮，用滚刀来加工对轮相当于一对交错螺旋轮啮合，滚刀和工件之间保持严格相对运动关系，加工稳定性较高，加工切削量一致，对加工曲轴链轮产生的切削应力较小，且高速滚齿精加工表面粗糙度较高；热后超硬滚齿加工，采用硬质合金材料的滚刀进行加工，为保证两次加工齿轮不会出现乱齿现象，加工余量不匀运用滚齿机床测量功能以保证硬滚工艺需求。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种发动机曲轴链轮加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A`、对毛坯进行选材制作、齿坯精加工：
A1、曲轴链轮毛坯车削加工；
A2、链轮端面定位孔铣削加工；
A3、链轮齿坯加工；
B、加工链轮进行粗加工，去除链轮毛刺；
C、进行渗碳、曲轴热处理；
D、进行热处理后的曲轴热后滚齿超硬加工、零件倒棱，即完成工件的加工。
2.根据权利要求1所述的一种发动机曲轴链轮加工方法，其特征在于，步骤A1，曲轴链轮毛坯车削加工的具体步骤为：锻造或铸造加工毛坯，对毛坯粗精加工，车削加工曲轴两侧端面、外圆、链轮齿顶圆端面，加工端面均预留0.2mm的加工余量，链轮齿顶圆预留0.5mm加工余量。
3.根据权利要求1所述的一种发动机曲轴链轮加工方法，其特征在于，步骤A2，链轮端面定位孔铣削加工的具体步骤为：在曲轴工件底部增加直径5mm定位销孔，销孔采用铣削加工，保证工件装夹轴颈跳动精度小于0.015mm，工件端面跳动小于0.02mm，孔深加工满足15±0.02mm，直径满足5±0.02mm加工需求。
4.根据权利要求1所述的一种发动机曲轴链轮加工方法，其特征在于，步骤A3，链轮齿坯加工的具体步骤为：采用滚齿加工工艺，曲轴链轮滚齿加工装夹采用两端顶尖顶紧装夹零件，装夹夹具轴向回转跳动小于0.002mm，夹具端面跳动误差小于0.002mm，夹具增加标准定位销，工件夹紧力需控制在5KN/m以下。
5.根据权利要求1所述的一种发动机曲轴链轮加工方法，其特征在于，步骤B，去除链轮毛刺的具体步骤为：对滚齿加工所产生齿两侧毛刺进行加工去除，保证倒棱加工齿两端棱角小于45°，加工倒棱宽度0.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种发动机曲轴链轮加工方法，其特征在于，步骤C，具体为：采用高频淬火工艺，将曲轴加工至500～540℃，之后立即进行快速冷却，有效淬硬层深度处硬度满足425HV1，热处理完成工件后进曲轴校直和两端中心孔研磨加工，要求校正后工件，以两端中心孔为基准，工件上任意一段轴颈的跳动小于0.03mm。
7.根据权利要求1所述的一种发动机曲轴链轮加工方法，其特征在于，步骤D，具体为：采用热处理工序前加工夹具，调整至同上滚齿夹具合格装夹精度，使用滚齿测量功能，运用直径1mm测针进行测量加工，测针校准精度小于0.001mm，装夹超硬材料滚刀，调整滚刀与刀轴回转精度至0.02mm以内。
8.根据权利要求1所述的一种发动机曲轴链轮加工方法，其特征在于：热处理后滚齿加工时，滚齿硬切削加工进给量不得小于0.05mm/TR，不得大于0.35mm/TR。
9.根据权利要求1所述的一种发动机曲轴链轮加工方法，其特征在于：运用滚齿机测量检测曲轴链轮齿面两侧检查区域，得出工件链轮两齿中心位置，补偿到滚齿加工程序中，并对曲轴链轮热处理后左右齿形产生的变形量测量补偿，左右齿向在链轮淬火过程中会发生变化，回温后齿向需有检测功能反馈数值，更改滚刀与工件加工夹角进行补正。
10.根据权利要求9所述的一种发动机曲轴链轮加工方法，其特征在于：使用滚齿机的齿轮测量功能时，更换直径1mm长度50mm红宝石球形测针，校准测针，校准误差小于0.001mm。
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