發動機曲軸加工工藝方法

王森林

（齊齊哈爾市潤元機械設備有限公司，黑龍江齊齊哈爾161000）

發動機曲軸加工工藝方法

王森林

（齊齊哈爾市潤元機械設備有限公司，黑龍江齊齊哈爾161000）

曲軸零件的加工精度要求較高，對于工藝路線的設計也相對要求較高。文中結合實例對發動機曲軸的加工過程進行了詳細闡述，并對每一個工序進行了分析和總結。該實例中設計的加工工藝方法對曲軸類零件的加工具有很好的推廣應用價值。

發動機曲軸；加工工藝；加工精度

0 引言

發動機曲軸在機器中主要是用來傳遞運動和扭矩，同時也起到支撐其他傳動零件的作用。曲軸的結構一般都比較復雜，涉及到的加工種類也較多，同時加工精度要求也較高。這就給工藝設計增加了困難，只有設計出合理、易操作的加工工藝路線才能制造出高質量的產品，同時也可以降低生產制造成本。對于發動機曲軸的加工工藝研究一直是業內關注的熱點課題。

1 曲軸的加工過程

本文以典型的發動機曲軸加工為例進行詳細論述，如圖1（發動機曲軸）所示。

由圖1可知零件涉及到的加工要素較多，且零件材料為20Cr，大批量生產。毛坯需調質至230～250HBS，兩支撐軸頸、偏心圓柱面局部淬火至45～52HRC。在選擇機床和刀具時可以采用工序集中度較高的數控機床。由于工件有熱處理要求，所以在工件粗加工完成后要進行調質處理和局部淬火等工序。

根據“先面后孔，先主要面后次要面，先粗加工后精加工”的加工原則，可初步確定以下加工方法：

1）軸端面的加工。通常我們在加工端面時要使用車床和銑床，對于該零件兩種加工方式都可以。端面加工完成后要對軸定位孔進行加工，由于該件屬于大批量生產，因此中心孔的加工可以借助專用夾具來完成。

2）軸頸的加工。根據圖1可知，該零件的兩段軸頸精度要求較高，左側軸頸直徑為40 mm，加工誤差范圍為0～0.001 6 mm，右側軸頸直徑為30 mm，誤差范圍為0～0.001 6 mm，另外軸頸的表面要求精加工。所以在軸頸粗加工后先進行淬火處理以保證工件的硬度要求，待熱處理后再對兩端軸頸進行精加工。

3）圓錐面的加工。圓錐面的表面精度要求相對較低，可以在粗加工后留有少量的加工余量，然后選擇磨削加工，對圓錐表面進行打磨直到達到表面精度要求。

4）偏心圓柱面的加工。圖1中的偏心圓柱面直徑尺寸為45mm，加工公差范圍為0～0.001 6mm，另外表面精度要求也較高。因此，可以先對該部分進行粗加工，然后進行淬火處理，最后再進行精加工的方法。考慮到該位置的偏心圓柱面結構較特殊，且偏心距離較大，因此我們不能再選擇傳統的夾具來定位，這就需要設計專門的夾具來裝夾定位。

圖1 發動機曲軸

5）鍵槽的加工。根據該零件的技術要求可知，該鍵槽無特殊要求屬于通用加工范疇，因此我們可以采用銑削的方式進行加工。

以上就是曲軸的初步加工方法，具體的加工步驟如下：毛坯選擇→銑削軸端面、中心孔和長度尺寸→調質處理→粗加工兩端軸頸及圓錐面→粗加工偏心圓柱面→局部淬火處理→修研中心孔→銑鍵槽→去毛刺→精磨兩端軸頸及圓錐面→精磨偏心圓柱面→檢驗→入庫。

2 曲軸的加工工藝分析

曲軸零件的加工技術要求較多且結構相對較復雜，加工過程也較難，重點是要保證兩端軸頸的相互位置關系，確保曲軸在安裝后的運動過程中不會發生振動。如何達到零件要求的加工精度等級是曲軸工藝設計的關鍵所在。

1）毛坯的選擇。曲軸的主要作用是傳遞運動和扭矩，因此在毛坯選擇上一定要保證工件具有很好的力學性能。綜合毛坯成型的幾種方法，鍛造成型比較合適。鍛造成型能保證工件的力學性能，另外毛坯的質量也較高不會出現內部砂眼、氣孔等缺陷。鍛造成型還有個好處就是可以省去毛坯件的粗加工過程。

2）銑削端面、中心孔。這個工序可以選擇在銑鉆床上進行，利用專門設計的夾具對軸端面及中心孔進行加工，這樣安排可以大大提高生產效率以滿足大批量生產的要求。

3）調質處理。由于曲軸的工作特點較特殊，所以一定要經過調質處理的過程，這個工序可以使曲軸的力學性能得到提升，滿足工作中傳遞力矩的需要。調質處理一般是在粗加工之后進行，經過調質后的工件其硬度等級完全可以達到技術要求。

4）粗加工。曲軸的兩端軸頸及圓錐面、偏心圓柱面的粗加工可以選擇在車床上進行，車削加工具有操作靈活、效率高的特點。另外，在車削偏心圓柱面的時候需要借助專門設計的夾具來定位，以確保工件的加工質量能夠滿足技術要求。

5）局部淬火。由于兩端軸頸和偏心圓柱面的位置在實際的工作中需要傳遞較大的扭矩，因此，該部位一定要具有很好的力學性能。對這幾個位置進行淬火處理，不但可以提高該處的表面硬度，同時也可以增加曲軸的使用壽命。淬火處理一般安排在磨削之前，它屬于最終的熱處理工序。

6）修研中心孔。軸兩端的中心孔在加工中主要起到定位的作用，如果兩個中心孔的中心線不在同一水平線上，那么加工后的工件根本無法保證精度的要求。所以，兩端中心孔的加工質量直接決定了整個工件的加工精度。中心孔的加工要求錐角要準確，它與頂尖的接觸面積盡量要大，表面精度要求也較高。否則，曲軸在加工過程中會因為孔與頂尖的接觸松動而引起圓周上的加工誤差。所以，要想得到高質量的曲軸必須先確保具有高質量的定位中心孔。

由于中心孔在使用過程中會受其他工序加工的影響而發生變形，所以，在工件的最后一道工序磨削之前要安排中心孔的修研，以減少誤差。考慮到該曲軸的生產特性我們可以在磨床上進行修磨中心孔，修磨的精度和效率完全可以滿足大批量生產的要求。

7）銑削鍵槽。鍵槽的加工工序通常會安排在精磨之前進行，這樣做的目的是可以確保精加工的連續進行，避免產生振動而損壞刀具。通常外圓鍵槽的加工選擇立式銑床上進行，內孔鍵槽的加工選擇插床上進行。

8）精磨。對于表面精度要求較高的工件，在加工外表面時一般采用精磨的方法。這種方式可以大大提高加工表面的質量等級，以滿足零件的精度要求。磨削加工過程要伴隨冷卻液的冷卻，避免因磨削熱使工件表面發生燒傷而出現裂紋。

3 結語

通過以上零件的加工過程可以得出曲軸零件的加工工藝過程為：零件粗加工→工件的調質熱處理→各表面的半精加工→表面局部淬火→精加工。在設計工藝加工路線時，最好做到剛加工完的表面能作為后道工序的加工定位基準。對曲軸類零件而言加工質量的好壞很大程度上與各表面的加工順序轉換有關。當粗、精基準選定后，加工順序就大致確定了。因為各階段加工開始時總是先加工基準面，后加工其它面。如對中心孔、兩端軸頸的加工，均安排在各加工階段開始時完成，這樣，在加工時有比較精確的定位基準面，有利于減小定位誤差，保證加工質量。

［1］ 劉守勇.機械制造工藝與機床夾具［M］.北京：機械工業出版社，2000.

［2］ 王茂元.機械制造技術［M］.北京：機械工業出版社，2001

［3］ 任國光.曲軸加工工藝分析［J］.科技信息，2009（28）：99-100.

（編輯：立 明）

TH 133.2

B

1002－2333（2014）04－0189－02

王森林（1957-），男，工程師。

2013-12-23