曲轴的毛坯根据批量的大小、尺寸、结构及材料品种来决定。在我国,对于性能要求不高的曲轴采用铸造方法获得;小型曲轴采用模锻方法生产;低俗柴油机曲轴依赖于进口,现已开始自由锻成形工艺研究;中速柴油机曲轴生产采用全纤维锻造成形及自由锻成形。
批量较大的小型曲轴,采用模锻;单件小批量的中大型曲轴,采用自由锻;球墨铸铁,采用铸造毛坯,以铸代锻可节约模具与锻造设备费用。
5.3 拟定工艺路线
由于曲轴涉及到的加工要素较多,毛坯需调质至230~250HBS,两支撑轴颈、偏心圆柱面局部淬火至45~52HRC。在选择机床和刀具时可以采用工序集中度较高的数控机床。由于工件有热处理要求,所以在工件粗加工完成后要进行调质处理和局部淬火等工序。
曲轴零件的加工工艺过程为:零件粗加工→工件的调质热处理→各表面的半精加工→表面局部淬火→精加工。可初步确定以下加工方法:
5.3.1 轴端面的加工
通常我们在加工端面时要使用车床和铣床,对于该零件两种加工方式都可以。端面加工完成后要对轴定位孔进行加工,如果大批量生产,则中心孔的加工可以借助专用夹具来完成。
5.3.2 轴颈的加工
曲轴的两段轴颈精度要求较高,加工误差范围极小,另外轴颈的表面要求精加工。所以在轴颈粗加工后先进行淬火处理以保证工件的硬度要求,待热处理后再对两端轴颈进行精加工。
5.3.3 圆锥面的加工
圆锥面的表面精度要求相对较低,可以在粗加工后留有少量的加工余量,然后选择磨削加工,对圆锥表面进行打磨直到达到表面精度要求。
5.3.4 偏心圆柱面的加工
偏心圆柱面的加工公差范围为也极小,另外表面精度要求也较高。因此,可以先对该部分进行粗加工,然后进行淬火处理,最后再进行精加工的方法。考虑到该位置的偏心圆柱面结构较特殊,且偏心距离较大,因此我们不能再选择传统的夹具来定位,这就需要设计专门的夹具来装夹定位。
5.3.5 键槽的加工
根据曲轴的技术要求可知,该键槽无特殊要求属于通用加工范畴,因此我们可以采用铣削的方式进行加工。
以上就是曲轴的初步加工方法,具体的加工步骤如下:毛坯选择→铣削轴端面、中心孔和长度尺寸→调质处理→粗加工两端轴颈及圆锥面→粗加工偏心圆柱面→局部淬火处理→修研中心孔→铣键槽→去毛刺→精磨两端轴颈及圆锥面→精磨偏心圆柱面→检验→入库。
曲轴零件的加工技术要求较多且结构相对较复杂,加工过程也较难,重点是要保证两端轴颈的相互位置关系,确保曲轴在安装后的运动过程中不会发生振动。如何达到零件要求的加工精度等级是曲轴工艺设计的关键所在。
下面对这些步骤进行分析:
(1) 毛坯的选择
曲轴的主要作用是传递运动和扭矩,因此在毛坯选择上一定要保证工件具有很好的力学性能。综合毛坯成型的几种方法,锻造成型比较合适。锻造成型能保证工件的力学性能,另外毛坯的质量也较高不会出现内部砂眼、气孔等缺陷。锻造成型还有个好处就是可以省去毛坯件的粗加工过程。
(2) 铣削端面、中心孔
这个工序可以选择在铣钻床上进行,利用专门设计的夹具对轴端面及中心孔进行加工,这样安排可以大大提高生产效率以满足大批量生产的要求。
(3) 调质处理
由于曲轴的工作特点较特殊,所以一定要经过调质处理的过程,这个工序可以使曲轴的力学性能得到提升,满足工作中传递力矩的需要。调质处理一般是在粗加工之后进行,经过调质后的工件其硬度等级完全可以达到技术要求。