曲轴的加工工艺分析

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在许多机器中，曲轴类零件主要用来支承传动零件、传递运动和扭矩。如何有效的保证曲轴类零件的加工精度和降低加工成本，如何灵活地运用合适的加工方法去解决实际生产中的基本工艺问题，是广大加工企业所一直面临的一个课题。
一、曲轴的加工要求和加工方法确定
　　要编制一个完整而合理的曲轴加工工艺过程，首先必须找出该零件的哪些表面需要切削加工（去除材料加工），这一点主要根据零件图的表面粗糙度要求来确定，然后根据每一个加工表面的加工精度和表面粗糙度值的大小来确定该表面相应的切削加工方法。最后根据零件的毛坯、热处理要求、批量大小和现场生产条件等合理安排其加工工序。根据零件的表面粗糙度要求，我们可以明确曲轴需要切削加工的表面及相应的切削加工方法如下：
　　1、端面、中心孔
　　端面和中心孔的加工一般采用车削加工或在专用铣钻床上进行铣端面钻中心孔即可，若有热处理变形，精加工前往往还需要进行修研中心孔。由于批量大，这里采用专用夹具铣端面钻中心孔。
　　2、两支承轴颈
　　圆锥面；圆柱面 该曲轴零件的两支承轴颈尺寸要求达到,表面粗糙度要求达到Ra0.8um,精度要求高，且要淬火，所以车削后还需要采用磨削进行精加工；圆锥面精度要求不高，采用车削即可；圆柱面精度要求较高，可采用精细车或粗磨，但由于两支撑轴颈需要磨削且批量大，所以这里宜采用粗磨比较妥当。故采用先车后磨的加工方法。
　　3、偏心圆柱面
　　偏心部位的外圆柱面尺寸要求达到,表面粗糙度要求达到Ra0.8um,精度要求高，且要淬火，所以需要先车削，然后磨削进行精加工。由于其偏心距大，所以一般通用夹具无法装夹工件，需采用专用机床夹具装夹进行车削和磨削，专用车（磨）床夹具结构如图2所示，主要由(1)主轴连接盘、(2)平衡块、(3)紧定螺钉、(4)左短V形块、(5)左压扳、(6)工件、(7)右短V形块、(8)支撑角铁、(9)防转螺钉、(10)转盘、(11)轴承、(12)尾座连接锥柄、 (13)右压板组成，左右短V组成一个长V限制了工件的四个自由度，而且左边短V形块的端面限制了工件的轴向移动自由度，另外防转螺钉9限制工件的轴向转动自由度，使工件的六个自由度完全被限制。通过V形块上的左右压板和紧定螺钉3将工件夹紧。
　　4、键槽
　　外圆柱面上的键槽一般采用铣削加工即可。 二、曲轴的加工工艺过程确定
零件的机械加工工艺过程主要取决于零件的技术要求和批量大小，根据该曲轴的批量要求和加工技术要求，我们可以确定其加工工艺过程如下表：
三、曲轴的加工工序分析与说明
　　曲轴类零件的主要基准是支承轴颈，确保支承轴颈与其它轴颈之间的相互位置精度以及它们本身加工精度的问题是安排曲轴加工工艺过程的关键。
1、毛坯的选择与加工
　　由于该零件批量大且要求曲轴应有较好的力学性能，所以采用模锻较好。由于模锻精度高，留余量较小，且后续工序有调质，所以免去了锻后正火和粗车工序。
2、铣钻
　　在铣钻床上采用专用机床夹具装夹工件进行铣端面钻中心孔，可大大提高生产速度，有利于曲轴的大批量生产。
3、调质
　　调质属于预备热处理，调质一般安排在粗车以后半精车之前，其作用主要是使曲轴具有高的综合力学性能，即增加曲轴的强度，提高其传动时抗弯矩变形等能力。经调质(淬火+高温回火)后，其硬度应达到230~250HBS要求。
4、车削
　　车削是粗、半精加工外圆柱面的最基本方法，由于偏心距较大，偏心部位需用专用车床夹具进行车削，以保证工件的加工精度。
5、淬火 两支撑轴颈
　　和偏心圆柱面部分的局部淬火，是为了获得所要求的表面硬度，即增强其耐磨性，提高曲轴的使用寿命。经淬火后，其硬度应达到45～52HRC要求。淬火属于最终热处理，一般排在磨削工序之前。为了提高精度，淬火部位需要用磨削来去除其淬火变形，从而保证曲轴的加工质量。
6、修研中心孔
　　两端中心孔的质量好坏，对加工精度影响很大，应尽量做到两端中心孔轴线相互重合，中心孔的锥角要准确，它与顶尖的接触面积要大，表面粗糙度要小，否则装夹于两顶尖间的曲轴在加工过程中将因接触刚度的变化而出现圆度误差。因此，保证两端中心孔的质量，是曲轴加工的关键问题之一。
　　中心孔在使用过程中的磨损及热处理后产生的变形都会影响外圆柱面的加工精度。因此，在热处理之后，磨削加工之前，应安排修研中心孔工序，以消除误差。常用的修研方法有：用铸铁顶尖、油石或橡胶顶尖、硬质合金顶尖以及用中心孔磨床修研。成批生产中常用中心孔磨床修磨中心孔，精度和效率都较高。
7、铣削
　　外圆键槽常在立式铣床上铣削；内孔键槽常在插床上插削。对非淬硬次要表面上的加工（如铣键槽）则尽可能往后安排，一般应放在外圆精车之后，精磨加工前进行，这样可以保证精车的连续切削，不产生振动和不易损坏刀具。
8、磨削
　　外圆磨削是精加工外圆柱面的最基本方法，它可以大大提高工件加工表面的加工质量，以满足工件的加工要求。由于磨削时大量的切削热传给了工件，易使工件加工表面烧伤而产生裂纹，所以磨削时应采取良好的冷却措施。磨偏心圆柱面的专用夹具可参见图2。
四、总结
　　从上述曲轴的加工工艺过程可以看出，工序3调质热处理之前为粗加工阶段，工序6表面局部淬火以前的工序，为各主要表面的半精加工阶段。表面局部淬火以后的工序，基本上是精加工阶段。安排加工工序顺序时，要求前道工序的加工表面最好能做后道工序的定位基准。也就是说，曲轴类零件各表面的加工顺序，在很大程度上与定位基准的转换有关。当粗、精基准选定后，加工顺序就大致确定了。因为各阶段加工开始时总是先加工基准面，后加工其它面。如本例中中心孔、支承轴颈的加工，均安排在各加工阶段开始时完成，这样，在加工时有比较精确的定位基准面，有利于以减小定位误差，保证加工质量。