论发动机曲轴加工工艺技术

2020-01-08胡婷芳

湖北农机化 2020年9期

胡婷芳

(南昌大学，江西南昌 330031)

1 发动机曲轴加工技术设计原则与内容

曲轴是发动机中最重要的部件，它承受着来自于连杆的力，并且通过驱动发动机上的其他附件来工作。曲轴受到旋转质量的离心力、往复惯性力以及周期变化的气体惯性力的影响，来使曲轴承受弯曲扭转载荷。也因为曲轴高强度的工作，曲轴的原材料必须具有强度大、耐力度强、工作均匀平稳等要求。

作为重要的汽车发动机部件之一，曲轴的设计工艺内容也十分有秩序且复杂，我们可以将其分为以下内容：首先，先确定粗加工的基础，由粗加工再到细加工；其次，先加工主表面，再加工副表面；最后，对两端面及工艺标准进行加工，并进行二次精加工；除了以上的内容之外，根据曲轴零件的结构，选择加工基准作为两端中心孔的基准。以上就是全部曲轴设计的工艺内容。

2 曲轴加工工艺的特点

2.1 复杂的形状

形状复杂的连杆轴颈和曲轴轴颈中心线并非处于同一线上，相应地还是具有偏心的差距。相应位置的连杆要求设计基准要同时在曲轴主轴颈与连杆外周均有配重，因此，我们不得不重视以下几个方面：对连杆偏心夹具进行一些设计时，连杆轴颈和机尾架以及机床的尾轴中心线重合，然后再对其它系列连杆轴颈进行相应的加工。为了消除加工过程中的不平衡力，在进行夹具设计时应当考虑不同的条件应用。

2.2 刚性差

就曲轴的加工来说，刚性差是不容忽视的一点，这是因为它需要相对较大的长径，并且还要与曲柄结构结合，因此造成较差的刚性。同时，在加工过程中切削力和自重的作用下，曲轴会发生横向的弯曲变形以及很多种问题，这都是要在工艺设计中解决的。

2.3 技术门槛高

作为发动机生产的重要组成部件，曲轴的机械加工一直是制造过程中的重点与难点。因为它的制造实现要依托强大的技术支持，因此可以说它的技术门槛是比较高的。这种高的技术门槛体现在曲轴设计制造过程中，需要保证它的位置、形状、尺寸等精度要求，所以这就造成曲轴的加工拥有较大的复杂性与难度。

3 曲轴加工工艺技术

3.1 两端中心孔的加工

由于几何定心与质量定心加工方法的不同，各有优缺点，所以在曲轴定心加工中，技术人员必须根据不同的情况来进行合理科学的选择。必须对毛坯质量进行测量评价，如果毛坯质量相对比较差，它的一致性也比较差的话，技术人员可以考虑采用质量定心技术来进行处理，但这种方法的相对成本也比较高。如果毛坯质量相对比较高，技术人员采用几何定心能够使得加工设备的投资成本较低。因而，许多人会使用定心加工法来进行加工。

3.2 粗加工技术

根据曲轴结构、时间，生产线的面积和成本预算的相关要求，曲轴的加工工艺必须要进行多方面的考虑。复合加工、数控内铣以及数控外铣都是较为普遍的粗加工曲轴技术，只要对这些加工技术进行不断地改革和创新以及一些成本控制，就能完成成本控制效果。

3.3 圆角滚压强化技术

圆角滚轧强化技术的应用是对切边坡口进行半精加工后的圆角滚轧。曲轴强化技术使用一个非常小的辊轧制压力角的削弱槽，使其在某个角度形成一定轧制塑性变形区域。这个塑性变形区域有着产生残余应力、提高硬度、降低表面粗糙度的优势。产生残余应力可以部分抵消或者全部抵消在运转过程中发动机产生的拉应力，由此可以提高曲轴在使用过程中的疲劳强度。曲轴沉割槽塑性区域在圆角的不断滚压下形成致密层，这不仅提高了曲轴的硬度，而且大幅度提高了曲轴的疲劳强度和机械强度。在圆角滚压后，沉割槽可达到远低于Ra0.8以下的表面粗糙度，圆角处的应力集中程度降低，整个曲轴的疲劳强度大大提高。

3.4 超精抛光技术

即使在精密的磨削加工后，曲轴主轴颈和连杆轴颈及两端油封面的表面还是不甚光滑，这时候要进行超精抛光处理来处理有细微毛刺的表面，抛光保持与曲轴磨削相反的方向，而发动机运作的时候和抛光方向相同，这样同时解决了细微毛刺、油封面和轴瓦可能损坏的问题。传统的轴颈超精抛光工艺存在加工后变形的问题，甚至尺寸都不一定能保证一致，凹凸性也不确定，产品报废率会比较高。现在的抛光工艺随着控制技术和驱动的发展和应用有了很大的进步，运用数控砂带对轴颈表面进行超精抛光，一次性同时完成主轴颈、连杆轴颈和两端轴颈抛光，不仅精度高，而且很稳定，效率很高，圆柱度和圆度在两级以上抛光之后表面粗糙度也就在0.1以下了，基本就能达到精密消磨后甚至更好的效果。