QPI-2200M柱塞泵分體式曲軸機加工工藝方法研究

劉永社，金鑫，劉春偉，鄭立偉

（寶雞石油機械有限責任公司研究院工藝機加室，陜西寶雞 721002）

0 引言

QPI-2200M柱塞泵是我公司研制的新型產品，與以往的泵類產品相比，該產品具有設計新穎、結構獨特、精度要求等級高的特點。尤其是此產品中的關鍵件曲軸采用了分體設計。

曲軸在工作中會不斷承受著交變的彎曲應力和扭轉應力，受力情況復雜[1]。同時，它在工作中還要承擔動力傳遞的任務，這些都加大了曲軸加工的難度[2]。因此，柱塞泵分體式曲軸的加工制造對公司的工藝設計能力和水平都是一個很大的挑戰。

1 分體曲軸結構特點及工藝設計難點：

1.1 分體曲軸結構特點

與常見曲軸結構相比，QPI-2200M柱塞泵的曲軸最大區別是：常見曲軸采用的都是整體式結構設計，而QPI-2200M柱塞泵的曲軸采用了分體式結構設計。分別由1個兩拐曲軸、1個三拐曲軸，1個連接螺母和1個定位銷組成。曲軸最大直徑φ330.2 mm，最大長度706.5 mm，拐部直徑為φ127 mm，長度為132.262 mm。兩曲軸之間通過連接體相連，連接體一端與三拐曲軸采用螺栓連接，另一端通過連接體上的定位銷與兩拐曲軸定位，然后再通過連接體上的螺紋用聯接螺母將兩者相連。

1.2 工藝設計難點

采用分體式結構設計的曲軸屬于公司首次。曲軸總成如圖1所示，在加工制造過程中，不僅要保證曲軸總成中幾個關鍵件連接件的加工制造精度，還要保證這些零件相對位置精度，以保證連接后的整體精度。

圖1 曲軸總成

在此產品中，曲軸的各部要求進行滲氮處理，機架上曲軸兩端安裝孔的同軸度要求0.025 mm。這些因素都增加了分體式曲軸各組成件的加工制造難度，對工藝設計的思路、方法及加工制造都是一次嚴峻的考驗。

針對這種分體式曲軸的結構特點和設計要求，采用將兩拐曲軸和三拐曲軸組合整加工的思路，顯然不可行。因為采用這種方式對與組合的要求極其苛刻，不僅要保證組合要牢固，還要保證加工后易拆卸，根據曲軸設計的結構特點，要達到這些要求，難度太大，以目前公司的加工制造水平，是不可能完成加工制造的。

從圖1中可以看到兩拐曲軸與三拐曲軸之間是由連接體聯接在一體的。連接體與三拐曲軸之間由螺栓聯接在一起；與兩拐曲軸之間是由定位銷安裝定位，連接螺母與連接體螺栓連接而成。這些零件在連接時，其連接方位同時又受曲軸壓蓋、連接筒的制約。曲軸壓蓋又分別與各自曲軸上止口定位，并采用螺栓連接。曲軸壓蓋與連接筒之間又以花鍵連接。由于曲軸壓蓋安裝螺孔數為18，花鍵齒數為85，齒數與螺孔數不是倍數關系，這些連接件之間的相互連接關系與安裝孔的相對位置，以及各拐之間的相對角度關系，這些相互關系導致了各連接件之間的安裝位置就是唯一的。因此在加工各安裝連接孔時必須考慮各連接件之間的安裝角度關系。基于以上各種相互制約關系，我們對兩拐曲軸和三拐曲軸，根據其分別與其他連接件之間的相互制約關系，采取了分別單件加工和組合加工相結合的思路，最大限度地保證2#拐與3#拐之間的夾角關系和安裝后的整體精度要求。

2 工藝方案設計及具體實施方案

2.1 工藝方案設計

為了保證各零部件的加工精度、組裝時曲軸各拐之間夾角和各花鍵之間連接可靠、運轉靈活、無卡阻，我們設計的工藝方案為：1）曲軸進行單獨加工，各壓蓋、連接體、連接筒分別進行單獨加工；2）三拐曲軸壓板與三拐曲軸聯接后進行整體加工；3）三拐曲軸、兩拐曲軸、壓蓋、連接筒預裝；4）拆除三拐曲軸、壓蓋、連接筒；5）兩拐曲軸壓蓋與兩拐曲軸進行整體加工。

對曲軸及各連接零件的單獨加工，保證了各零部件的外形結構尺寸和加工精度；將三拐曲軸壓板與三拐曲軸聯接后整體加工，保證了兩者之間的相對位置關系精度；三拐曲軸、兩拐曲軸、壓蓋、連接筒預裝，是為了保證兩件曲軸在保證其組合為一體時，在滿足設計要求的同軸度的情況下，確定其連接件各相對位置關系時，各連接件上的連接孔位置，通過這種方式來實現組裝為一體的曲軸，既能滿足同軸度的要求，又能滿足各個連接零件的相對位置關系；兩拐曲軸壓蓋與兩拐曲軸的整體加工，是在保證了組裝為一體時曲軸的相對關系和同軸度的情況下，保證了兩者之間的相對位置關系精度。

通過上面的分析，該工藝方案設計完全可以滿足曲軸的制造要求。

2.2 具體實施方案

2.2.1 曲軸加工實施方案

曲軸在工作中會不斷承受很大的彎曲應力和扭轉應力，且受力情況復雜[3]。因此對曲軸在生產制造環節強化工藝技術和機械加工技術都有很高要求[3]。為了增加曲軸的強度，該曲軸采用了滲氮處理，為了保證滲氮的效果和滲氮后的加工質量，在滲氮處理前、后分別進行一次磨削加工。由于分體曲軸是分別單獨加工的，因此兩拐曲軸和三拐曲軸的加工工藝流程及方法相同，其加工工藝流程為：劃→鏜→系→粗車→劃→鏜→粗車→探傷→熱（調質處理）→劃→鏜→系→劃→鏜→半精車→打號→熱（去應力）→精車→打號→熱（去應力）→磨→劃→鏜→熱（滲氮處理）→磨→探傷→劃→鏜→車→劃→鏜。

2.2.2 曲軸各安裝連接孔加工實施方案

1）連接體與三拐曲軸安裝連接孔的加工方案：以3#、4#、5#偏心拐中心為基準，在曲軸左端面劃出3#偏心拐中心十字線；加工與連接體相組裝的3-M12安裝孔。

2）三拐曲軸壓蓋與三拐曲軸安裝連接孔的加工方案：以已加工3-M12連接孔為基準，將三拐曲軸壓蓋與三拐曲軸以止口定位，且壓蓋過花鍵齒槽中心十字線應與3#偏心拐中心十字線重合，配鉆定位銷孔及18處安裝鉸制孔。將曲軸壓蓋、三拐曲軸安裝在一起，如圖2所示。

圖2 曲軸壓蓋、三拐曲軸安裝在一起

3）連接筒上2#、3#偏心拐相對位置定位：在連接筒（如圖3）上劃出2#、3#偏心拐中心位置，并在外圓上做相應標記。

圖3 連接筒

4）兩拐曲軸壓蓋與兩拐曲軸安裝連接孔加工方案：

a.曲拐、壓蓋、連接筒的預裝：將兩拐曲軸壓蓋、連接筒與已裝好三拐曲軸組裝，再將兩拐曲軸裝入，檢查各部零件是否安裝合適，2#偏心拐與3#偏心拐夾角是否為72°，花鍵是否轉動靈活，合格后去掉連接筒及三拐曲軸部分。

b.安裝連接孔的加工：配鉆壓蓋與曲軸相連接的定位銷孔及18處安裝鉸制孔。

c.分體式曲軸同軸度的保證：兩拐和三拐曲軸是單獨加工而成的，最終組裝在一起構成一件完整的曲軸。鑒于曲軸拼接的特點、曲軸結構特殊性，要調整曲軸的同軸度，必須具備高精度可調試支架、拼接把緊螺栓等[4]。保證安裝時的同軸度問題是在產品的加工制造時就必須考慮的。通過與設計和裝配人員交流，我們確定的工藝方案為：①設計曲軸同心度調整架。在安裝時，模仿機架在5處同心圓處設立同心支架，在預裝時，將各部曲軸按設計要求安裝在相應支架處，以保證預裝時同心。②前面我們已經論述過，連接筒與曲拐壓蓋之間為花鍵連接，壓蓋與曲軸之間由定位銷定位、鉸制孔連接的，而它們的位置關系是唯一的。

所以，采用此種工藝方案是可以保證分體式曲軸的同軸度問題的。

3 結語

通過該項目的實施，我們不僅完成QPI-2200M柱塞泵分體式曲軸這一新產品的制造，而且對分體曲軸這種工藝方案的可行性進行了現場驗證。首次實現了柱塞泵分體式曲軸的加工制造，解決了QPI-2200M柱塞泵分體式曲軸加工制造的瓶頸，提高了柱塞泵分體式曲軸加工制造的整體工藝水平。