球墨铸铁汽车曲轴的加工工艺
学院机电工程学院
专业机械类
年级班别创新实验班12（1）
学号 3112010453 3112010454 3112010455 3112010462 学生姓名罗毓健骆智伟
马欣华冼文飞
指导教师王成勇
2014年 6 月
摘要
球墨铸铁具有优良的机械性能，已经大量用于制造强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁大量地应用于汽车发动机曲轴的加工生产，结合球墨铸铁的特性，本文讲述了球墨铸铁应用于曲轴的切削与磨削加工机理及其加工工艺，介绍了聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具切削加工等温淬火球墨铸铁（ADI）时的特征。介绍了奇瑞公司曲轴的加工工艺以及几款相关的曲轴专用加工机床。
关键词：球墨铸铁，曲轴，ADI，PCBN
目录
1球墨铸铁基本性质与应用 (1)
1.1 球墨铸铁的成分与组织结构 (1)
1.2 球墨铸铁的机械、物理、力学性能 (1)
1.3 典型零件、应用场合 (2)
1.4 球墨铸铁曲轴加工批量和加工质量要求 (2)
1.5 小结 (2)
2球墨铸铁切削与磨削加工机理 (2)
2.1 等温淬火球墨铸铁（ADI）的切削与磨削可加工性简述 (3)
2.2 铸铁应用于曲轴的主要切削、磨削去除过程 (3)
2.3 球墨铸铁的切削加工过程特征 (4)
2.4 加工等温淬火球墨铸铁常用刀具 (5)
2.5 曲轴加工工艺 (6)
3曲轴加工专用机床 (12)
3.1 曲轴质量定心机 (13)
3.2 数控车－车拉机床 (13)
3.3 曲轴圆角滚压机床 (13)
3.4 绿色粗磨“扒皮”机床 (13)
参考文献 (14)
球墨铸铁汽车曲轴的加工工艺
1球墨铸铁基本性质与应用
1.1球墨铸铁的成分与组织结构
根据铸铁中石墨形态的不同，铸铁可分为以下四类：
（1）普通灰铸铁。石墨呈曲片状存在于铸铁中，简称灰铸铁或灰铁，是目前应用最广的一种铸铁。
（2）可锻铸铁。由一定成分的白口铸铁经过石墨化退火而获得。石墨呈团絮状存在于铸铁中，有较高的韧性和一定的塑性。
（3）蠕墨铸铁。铁水在浇注前经蠕化处理，使析出的石墨成蠕虫状存在于铸铁中，简称蠕铁。
（4）球墨铸铁。铁水在浇注前经过球化处理，使析出的石墨呈球状存在于铸铁中，简称球铁。
球墨铸铁由于通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。球墨铸铁除铁外的化学成分通常为：含碳量3.0～4.0%，含硅量1.8～3.2%，含锰、磷、硫总量不超过3.0%和适量的稀土、镁等球化元素。不同牌号的球墨铸铁的基体组织不同，一般含有铁素体，珠光体随着力学性能的提高铁素体含量减少，出现贝氏体和回火组织。
图1
1.2球墨铸铁的机械、物理、力学性能
兼具优良的综合机械性能以及低廉的制造成本，球墨铸铁已经大量用于制造强度、軔性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁是铁液凝固时碳以石墨形式呈球状析出的铸铁。由于石墨以球状存在，避免因片状或尖角可能导致的应力集中，降低了石墨对基体的割裂作用，其强
度、塑性、初性均显著优于灰铸铁。球墨铸铁屈强比较高,其强度质量比也优于铸钢。其中,铁素体球墨铸铁具有优良的室温强度和初性,广泛地应用于重要传动部件，如汽车曲轴、凸轮轴、齿轮、及高速铁路结构件等。然而，与结构钢材类似，铁素体球墨铸铁的塑性随着温度降低而下降，在一定温度下发生初性断裂向脆性断裂的转变。
1.3典型零件、应用场合
一般用于内燃机、机床阀体、车辆轴瓦和机油泵齿轮、柴油机曲轴、凸轮、汽缸体、汽缸套、活塞环以及部分磨床、铣床、车辆的主轴、汽车的螺旋锥齿轮、拖拉机减速齿轮、柴油机凸轮轴等。
表1 各牌号球墨铸铁的用途距离
1.4球墨铸铁曲轴加工批量和加工质量要求
随着球墨铸铁技术的发展，其性能也在不断提高，优质廉价的球铁已成为制造曲轴的重要材料之一。
曲轴作为柴油机的关键零件, 除了强度和韧性的要求之外，还需要较高的表面硬度, 以保证其耐磨性。球墨铸铁曲轴经各种处理后能满足其服役要求，这也是球墨铸铁被广泛用作曲轴材料的原因之一。热处理工艺有: 正火+ 中频淬火，正火+ 氮化或等温淬火。此外，为了提高曲轴的疲劳强度，广泛采用圆角强化手段，其中应用多且效果好的是圆角滚压，圆角滚压和其他热处理工艺的复合强化更能较大幅度地提高曲轴疲劳强度
1.5小结
球墨铸铁以其优良的物理和力学性能，在曲轴的生产制造中得到广泛应用。随球墨铸铁熔炼与合金化技术及等温淬火球墨铸铁的发展，球墨铸铁性能不断提高。采用球墨铸铁取代锻钢生产发动机曲轴可节约成本，从而成为曲轴生产的发展趋势。对中小功率发动机曲轴的生产可采用铸态珠光体球墨铸铁，或附加表面强化工艺；而等温淬火球墨铸铁以其优异的力学性能，在大功率发动机曲轴制造中将发挥更大的作用。
2球墨铸铁切削与磨削加工机理
2.1等温淬火球墨铸铁（ADI）的切削与磨削可加工性简述
等温淬火球墨铸铁（ADI）是近三十多年发展起来的新一代球墨铸铁材料，被誉为材料领域的高科技，在国内外各工业部门都获得了广泛应用。
等温淬火球墨铸铁作为发动机曲轴材料（如图2.1），具有高强度、高韧度、高耐磨性等综合机械性能可以替代锻钢材料用于轿车及载货车发动机曲轴。然而，高强度、高硬度和高韧性使等温淬火球墨铸铁在切削加工时切削刃口受到更高的应力, 造成一定困难。但是，根据等淬球铁特有的金属基体组织和力学性能，选择合适的刀具，调整和优化刀具及加工参数，等淬球铁完全可以成功地进行切削加工。
图2.1
2.2铸铁应用于曲轴的主要切削、磨削去除过程
2.2.1铣曲轴两端面，钻中心孔
本过程在钻铣车组合车床上完成，主要保证曲轴总长及中心孔的质量。若端面不平会导致中心钻上的两切削刃的受力不均匀，钻头可能引偏而折断，因此采用先面后孔的原则。中心孔除影响曲轴质量分布外，还是曲轴加工的重要基准。贯穿整个曲轴加工始终，因而直接影响曲轴加工精度。打中心孔在本次工艺设计中因考虑设备因素，采用找出曲轴的几何中心代替质量中心。打中心孔以毛坯的外表面作为基准，因而毛坯外表面质量好坏直接影响孔的位置误差程度。
2.2.2曲轴主轴颈的车削
主轴颈加工采用车削，在刚度较强的普通车床上进行。曲轴安装在前、后顶尖上线一端用大盘夹住而另一端用顶尖顶住，用硬质台金车几道工序上完成主轴颈的车削。由于加工余量大且不均匀，旋转不平衡，加工时产生冲击，因此工件要夹牢固。车床、刀具、夹具要有足够的刚性。主轴颈车削顺序是先精车一端主轴颈及轴肩，然后以车好的主轴颈定位。另一侧用顶尖以中心孔定位。车另一端主轴颈、肩及各个轴颈，半精度及精车都按此顺序进行，逐渐提高主轴颈及其他轴颈的加工精度。
2.2.3曲轴连杆轴颈的车削
主轴颈及其他外圆车好后，以主轴颈作为加工连杆轴颈的基准，采用专用的车夹具、车削连杆轴颈，车削同样在普通车床上进行。车削连杆轴颈需要解决的是角度定位(2个连杆轴颈轴线需要控制在180°+30°或180°-30°)以及曲轴旋转的不平衡问题。这些都由专用夹具来保证，夹具为一对用以定位的“V”形块组成，装在接盘上。接盘与车床过渡接盘靠
中间的定位销定位并连接，接盘在过渡接盘上靠棱形定位销可转180°，依次车削2个连杆轴颈。“V”形块中心与车床主轴线距离一个曲轴半径。车削过程中，一端与曲轴主轴颈定位并夹紧，另一端靠偏中心座夹紧，中心座上钻有中心孔，中心孔偏心距同样为一个曲轴半径。用顶尖顶紧中心孔，这样就能保证连杆轴颈轴线与车床主轴线一致。安装夹具体的接盘上有平衡块，消除曲轴旋转时不平衡力矩的生成。曲轴加工时由于受到离心力和两顶尖的轴向压紧偏心力的作用，容易发生弯曲变形，为了加强工件刚度，用撑杆来撑住另一个曲拐的开移。车削连杆轴颈时为了使切削力不至于太大，每次车削余量控制在1~1.5 mm内，同时车床旋转不能太高，刀具采用高速钢。
2.2.4键槽加工
这个键槽主要用于飞轮，加工此键槽应安排在主轴颈车工序之后，这样能保证定位精度和控制键槽的深度以及对称度。键槽加工是以两主轴颈定位，同样用专用夹具在普通铣床上进行。
2.2.5轴颈的磨削
由于主轴颈及连轩轴颈精度较高，尺寸精度为IT6级，表面粗糙度为1.6~0.8 μm，并且具有较高的形状精度及位置精度。因此主轴颈与连杆轴颈精车后要进行磨削，以提高精度表面粗糙度。
在工艺设计中，首先磨主轴颈然后磨连杆轴颈。中间主轴颈磨好后才能磨其余轴颈，磨主轴颈和连杆轴颈的安装方法基本上与车轴颈相同，磨主轴颈是以中心孔定位，在外圆磨床上进行，磨连杆轴颈则以经过精磨的两端主轴颈定位，以保证与主轴颈的轴线距离及平行度要求，磨连杆轴颈是在曲轴磨床上进行的。
由于轴颈宽度不大，采用横向进给磨削法，生产率较高，磨轮的外形需仔细地修整，因为直接影轴颈与圆角的形状，磨削余量根据车削后的精度而定，粗磨余量值每边0.2~0.3mm，精磨余量控制在0.1~0.15mm以内。
2.3球墨铸铁的切削加工过程特征
2.3.1切削力、切削温度、切削震动分析
切削试验在CA6140 车床上进行，用瑞士Kistler9257B型测力仪、Kist ler 5807A 型电荷放大器、Kist ler 9403型刀架和计算机组成的切削力数据采集系统进行三向切削力的测量。由于切削速度是影响刀具切削性能的最主要因素，故本实验只改变切削速度。具体切削参数分别为进给量f=0.15mm*r-1 ,切削深度ap= 0.2mm，五种切削速度v1-v5 = 164, 129, 102, 82，46m*min-1。
图2.3.1
上图为各刀具在切削过程中切削力的变化。低速切削时切屑为块状，刀具震动较严重，虽然刀尖处存在积屑瘤，但是极不稳定；并且ADI 的硬度较大, 所以切削力较大。随着速度的提高，切削温度升高，工件材料硬度降低而强度增加，切屑形态由块状向带状转变, 切削力趋于稳定，切屑底层抗剪强度减小，使得切削力有减小的趋势；高速切削时刀屑接触表面发生了变化使得切削力有所不同。
在硬态切削加工中，切削速度的变化对切削力的影响主要有两方面：(1)速度增大，切削温度升高，黏结、扩散磨损严重，使刀具与切屑、工件间的摩擦力增大，切削力变大。(2)切削温度随速度增大而升高，发生金属软化效应，工件材料塑性增加，流动应力减小，使切削力降低。
ADI的导热性比球墨铸铁和钢稍低一些，因而与球铁、灰铁和铝相比，其工件与刀具的接触面将会更热一些。利用大剂量的冷却液可以减弱这种作用，如果采用干切削，必须使用耐高温的刀具。ADI的屈服强度高于大部分钢，但是它的杨氏模数比钢低20%，因而在机械加工时易产生振动。故加工时要求有刚性好的工件和刀具夹持装置，以避免切削时产生振动，这会促使刀具加速磨损、降低工件表面光洁度，并使尺寸偏差增大。
2.3.2切屑形态与处理
ADI在切削时会产生致密、断续的切屑，切屑易碎易断，大多呈崩碎屑。ADI切削加工性能较DI差，刀具磨损较为严重。
图2.3.2
2.4加工等温淬火球墨铸铁常用刀具
2.4.1聚晶立方氮化硼刀具加工等温淬火球墨铸铁
等温淬火球墨铸铁( ADI) 硬度大、强度高, 在切削加工时会产生大量的热量, 属于铸铁类中最难加工的材料之一。使用硬质合金刀具和陶瓷刀具来加工ADI 时刀具磨损严重, 使用寿命短。而聚晶立方氮化硼( PCBN) 材料硬度高、耐磨性好, 用它制成的PCBN 复合刀具用于铸铁类材料的加工范围越来越广。由于切削铸铁类工件时刀具的磨损形式主要为高温条件下引起的化学磨损，因此降低切削时刀具的温度是保证PCBN 复合刀具加工质量和切削性能的必要手段。PCBN 刀具切削过程中刀-屑间的摩擦是切削热产生的主要原因，因此减小刀具的摩擦因数，对减小切削热、降低刀-屑间的摩擦有重要的意义。所以切削铸铁类工件的PCBN 复合刀具不仅要有高的热导率, 还要有低的摩擦因数。
2.4.2各公司PCBN刀具对比
选用国内外产四种切削铸铁的PCBN 复合刀具，刀具几何角度相同( 前角γ0= 0°, 后角α0= 6°,刀尖圆弧γε= 0. 8 mm, 负倒棱- 15°* 0. 20 mm) 。
表2 各公司PCBN刀具成分对比
2.5曲轴加工工艺
2.5.1曲轴的组成
曲轴由一下结构组成：（1）曲轴前端（小头）；（2）由连杆轴颈、曲柄臂及主轴颈组成的曲拐；（3）曲轴后端（法兰）
图2.5.1
2.5.2有关曲轴定位基准的选择
精基准的选择，曲轴与一般的轴类零件相同，最重要的精基准是中心孔。曲轴轴向的精
基准一般选取止推曲轴径向定位一般选取平衡块的定位平台或法兰上的定位孔。
粗基准的选择，曲轴的毛坯一般呈弯曲状态，为了保证两端中心孔都能钻在两端面的几何中心上，粗基准选择靠近两端的轴颈（1、5主轴颈）;轴向定位基准一般选择中间主轴颈两边的曲柄。因为中间主轴颈两边的曲柄处于曲轴的中间部位，用作粗基准可以减小其它曲柄的位置误差。
2.5.3奇瑞公司发动机曲轴加工工艺
OP10 铣两端面
图2.5.2
OP20 钻质量中心孔
质量中心孔：当物体绕一轴线旋转时，如果对外未表现出力的作用，那么这一轴线称为该物体的质量中心线，再按此质量中心线钻出中心孔，这样的中心孔称为质量中心孔。
几何中心孔：中心孔位于几何轴线上，这样的孔称为几何中心孔；比较：质量中心孔先要对曲轴进行动平衡找出曲轴的质量轴线，可以减少曲轴动平衡时的去重工作量，提高动平衡的合格率。但质量定心机床要比普通几何中心孔机床的价格贵得多。
图2.5.3
OP30 铣传送搭子
图2.5.4
OP40车与主轴颈同轴的所有轴颈。
采用中心孔定位，驱动采用第三连杆轴颈上的传送搭子。使用成型刀具，加工效率高，但刀具寿命低。
图2.5.5
OP50车全部连杆轴颈。
1，5 主轴颈定位、夹紧驱动，止推面轴向定位，第一平衡块侧面定角向。靠模车削方式。
图2.5.6
OP60加工所有油孔
图2.5.7
OP70加工小头的螺纹底孔、攻丝；加工法兰上的导向孔，螺纹孔和工艺销孔。
图2.5.8
OP80粗精磨所有主轴颈和法兰
图2.5.9
OP90粗精磨所有连杆轴颈，1，5主轴颈定位夹紧，法兰工艺孔角向定位、驱动
图2.5.10
OP100磨小头（油泵、油封、皮带轮轴颈）
图2.5.11
OP110精车止推面、油泵传动面，键槽，精镗导向孔
图2.5.12
OP120动平衡去重
（1）动平衡：发动机在稳定工况运转时，如果传给支撑的作用力的大小和方向不随时间而变化，这种状态称为动平衡。
（2）发动机的动平衡包括：惯性力系的平衡性和扭矩的平衡性。
（3）静平衡：旋转质量系统在静平衡器上能够随遇平衡，即系统的质心位于旋转轴线上。曲轴工作时，它的各个质点都有离心惯性力。理想的情况是惯性力都能在曲轴内相互平衡，不传递到支承上。但曲轴的质量分布不是均匀的，旋转时离心力系不能平衡，也就是说曲轴的不平衡现象是以主轴颈轴线为中心的质量分布不对称引起的惯性力所致。
曲轴的不平衡，破坏了发动机的平稳运转，产生振动和噪音，加剧磨损，影响发动机的工作和使用寿命。
曲轴的平衡去重包括两个部分：不平衡量的检测；不平衡量的修整。
不平衡量的单位：
F＝mrw2，由于mr是物体本身的性质决定的，不随转速的变化而变化，用mr（g.mm）
作为不平衡量的单位。
图2.5.13
OP130抛光
图2.5.14
OP140清洗
3曲轴加工专用机床
发动机曲轴加工机床的高效专用性是曲轴制造装备的一大典型特征，“高效专用”对机
床的基本要求是高刚度、高速度、大功率。高效专用机床的基本特征是量体裁衣型，即按照用户需求提供个性化产品.
3.1曲轴质量定心机
曲轴属于细长类零件，加工过程中主要定位基准是两端中心孔。按其加工位置可分为两种：几何中心和质量中心。几何中心就是利用双V形块或其他方式找出曲轴支承轴颈的几何中心，在此中心上加出的中心孔称为几何中心孔；质量中心是利用专门的质量定心机测出曲轴的质量中心，在此中心上加工出的中心孔称为质量中心孔。由于毛坯的几何形状误差和质量分布不匀等原因，一般两者并不重合。国外大都采用了质量中心孔，利用专门设计的测试设备来测试质量中心，然后加工出中心孔，
全自动曲轴质量定心机的工作原理是：曲轴放置在两端滑动单元法兰盘的支撑上并被夹紧，法兰盘回转中心形成测量中心线。回转过程中，支撑的位置即曲轴的位置不断调整，使质量中心线靠近回转中心线。当曲轴毛坯不平衡量很小，接近设定值时，钻削单元钻中心孔。此中心孔作为后续加工步骤的定位基准。
3.2数控车－车拉机床
车拉技术是起源于美国的一项技术专利，在曲轴加工中逐渐得到发展。目前应用较为普遍，在国外大量用于半精加工曲轴的主轴颈和连杆轴颈。车拉技术加工形式可分为三种：直线车拉、内环刀具旋转车拉和外环刀具旋转车拉。
1988年发展的车－车位工艺，到目前为止其拉削方法也逐步改为梳刀工艺代替。其主要特点有：一次设定能完成所有同心圆的车削，具有在同一台机床上完成车－车拉加工、高效率、通过使用特殊卡盘和刀具系统实现柔性加工、机床保养简便及维护成本低等优点，特别适用于平衡块侧面不需加工、轴颈有沉割槽的曲轴。其中拉削工艺可用高效的梳刀技术代替，梳刀加工通常放到该工序的最后工步，通过微量的径向进给和纵向车削实现高速精加工。采用梳刀工艺的优点在于精度高、效率高、切屑易清理、轴向进刀量小等。
3.3曲轴圆角滚压机床
曲轴工作时需承受较大而复杂的冲击载荷，对抗疲劳强度有较高的要求。曲轴轴颈与侧面的连接过渡圆角处为应力集中区，也是曲轴疲劳破坏的敏感区域，是薄弱环节。因此，国外发展了圆角深滚压技术
代替成形磨削方式。曲轴的圆角滚压，就是利用滚轮的压力作用，在曲轴的主轴颈和连杆轴颈过渡圆角处形成一条滚压塑性变形带，这条塑性变形带具有以下特点。
（1）产生残余压应力可与曲轴在工作时的拉应力抵消或部分抵消，从而提高疲劳强度。（2）硬度提高滚压使圆角处形成高硬度的致密层，使曲轴的机械强度和疲劳强度得到提高。（3）表面粗糙度值降低圆角滚压可使圆角表面粗糙度值R a达到0.1 m以下，从而大大减小了圆角处的应力集中，提高了疲劳强度。
国外应用的曲轴圆角滚压技术已相当先进，可一次对所有圆角进行滚压完成，且可做到主轴颈与连杆轴颈圆角的压力不同，同一连杆轴颈圆角在不同方向上的压力也可不同。这样可经济地达到最佳的滚压效果，最大限度地提高曲轴的抗疲劳强度。
3.4绿色粗磨“扒皮”机床
英国L a n d i s公司生产的C B N数控曲轴粗磨机床，被称作“绿色粗磨”，超越传统的
“扒皮法”磨削，一次装夹从毛坯到磨削完毕，耗时仅4～6m i n。采用电镀C B N砂轮，从锻件或铸件直接粗磨，磨削线速度高达200m/s，磨削效率超过500m m3/s，4m i n磨削余量高达7k g以上，可以取代铣床或车床加工，出现了“以磨代车”的局面。
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曲轴的加工工艺、设计步骤、流程 曲轴是引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。曲轴是发动机上的一个重要的机件，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈，（还有其他）。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑．这个一般都是压力润滑的，曲轴中间会有油道和各个轴瓦相通，发动机运转以后靠机油泵提供压力供油进行润滑、降温。发动机工作过程就是，活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。曲轴的旋转是发动机的动力源。也是整个船的源动力。 曲轴制造技术/工艺的进展 1、球墨铸铁曲轴毛坯铸造技术 （1）熔炼 高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球墨铸铁的关键。国内主要是以冲天炉为主的生产设备，铁水未进行预脱硫处理；其次是高纯生铁少、焦炭质量差。目前已采用双联外加预脱硫的熔炼方法，采用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成分。目前，在国内铁水成分的检测已普遍采用真空直读光谱仪来进行。 （2）造型 气流冲击造型工艺明显优于粘土砂型工艺，可获得高精度的曲轴铸件，该工艺制作的砂型具有无反弹变形量等特点，这对于多拐曲轴尤为重要。目前，国内已有一些曲轴生产厂家从德国、意大利、西班牙等国引进气流冲击造型工艺，不过，
引进整条生产线的只有极少数厂家，如文登天润曲轴有限公司引进了德国KW铸造生产线。 2、钢曲轴毛坯的锻造技术 近几年来，国内已引进了一批先进的锻造设备，但由于数量少，加之模具制造技术和其他一些设施跟不上，使一部分先进设备未发挥应有的作用。从总体上来讲，需改造和更新的陈旧的普通锻造设备多，同时，落后的工艺和设备仍占据主导地位，先进技术有所应用但还不普遍。 3、机械加工技术 目前国内曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及拐颈，工序的质量稳定性差，容易产生较大的内应力，难以达到合理的加工余量。一般精加工采用MQ8260等曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光，通常靠手工操作，加工质量不稳定。 随着贸易全球化的到来，各厂家已意识到了形势的严峻性，纷纷进行技术改造，全力提升企业的竞争力，近年来引进了许多先进设备和技术，进展速度很快。就目前状况来讲，这些设备和技术基本依赖进口。下面就哈尔滨东安动力、一汽大柴、文登天润曲轴、滨州海得曲轴等公司的情况作以介绍。 哈尔滨东安集团曲轴生产线为全自动柔性流水生产线，粗加工生产线由德国的专机自动线（LINDENMAIER）、数控车-车拉、数控高速随动外铣（BOEHRINGER）、圆角滚压机（HEGENSCHEIDT-MFD）和止推面车滚专机、淬火机（EMA）等组成；精加工生产线由日本的数控高速CBN磨床（TOYODA）、动平衡机、抛光机（IMPCO-NACHI）、检测机、清洗机等组成。连杆轴颈加工则采用了数控高速随动加工技术，全线采用高速CBN砂轮磨削技术，磨削线速度达到120m/s。 文登天润曲轴通过引进德、美、意等发达国家的先进设备，组建了具有当今国
球墨铸铁汽车曲轴的加工工艺 学院机电工程学院 专业机械类 年级班别创新实验班12（1） 学号 3112010453 3112010454 3112010455 3112010462 学生姓名罗毓健骆智伟 马欣华冼文飞 指导教师王成勇 2014年 6 月
摘要 球墨铸铁具有优良的机械性能，已经大量用于制造强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁大量地应用于汽车发动机曲轴的加工生产，结合球墨铸铁的特性，本文讲述了球墨铸铁应用于曲轴的切削与磨削加工机理及其加工工艺，介绍了聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具切削加工等温淬火球墨铸铁（ADI）时的特征。介绍了奇瑞公司曲轴的加工工艺以及几款相关的曲轴专用加工机床。 关键词：球墨铸铁，曲轴，ADI，PCBN
目录 1球墨铸铁基本性质与应用 (1) 1.1 球墨铸铁的成分与组织结构 (1) 1.2 球墨铸铁的机械、物理、力学性能 (1) 1.3 典型零件、应用场合 (2) 1.4 球墨铸铁曲轴加工批量和加工质量要求 (2) 1.5 小结 (2) 2球墨铸铁切削与磨削加工机理 (2) 2.1 等温淬火球墨铸铁（ADI）的切削与磨削可加工性简述 (3) 2.2 铸铁应用于曲轴的主要切削、磨削去除过程 (3) 2.3 球墨铸铁的切削加工过程特征 (4) 2.4 加工等温淬火球墨铸铁常用刀具 (5) 2.5 曲轴加工工艺 (6) 3曲轴加工专用机床 (12) 3.1 曲轴质量定心机 (13) 3.2 数控车－车拉机床 (13) 3.3 曲轴圆角滚压机床 (13) 3.4 绿色粗磨“扒皮”机床 (13) 参考文献 (14)
典型铸铁件铸造工艺设计与实例叙述铸造生产中典型铸铁件——气缸类铸件、圆筒形铸件、环形铸件、球墨铸铁曲轴、盖类铸件、箱体及壳体类铸件、阀体及管件、轮形铸件、锅形铸件及平板类铸件的铸造实践。内容涉及材质选用、铸造工艺过程的主要设计、常见主要铸造缺陷及对策等。 第1章气缸类铸件 1.1 低速柴油机气缸体 1.1.1 一般结构及铸造工艺性分析1.1.2 主要技术要求 1.1.3 铸造工艺过程的主要设计1.1.4 常见主要铸造缺陷及对策1.1.5 铸造缺陷的修复 1.2 中速柴油机气缸体 1.2.1 一般结构及铸造工艺性分析1.2.2 主要技术要求 1.2.3 铸造工艺过程的主要设计1.3 空气压缩机气缸体 1.3.1 主要技术要求 1.3.2 铸造工艺过程的主要设计第2章圆筒形铸件 2.1 气缸套 2.1.1 一般结构及铸造工艺性分析2.1.2 工作条件 2.1.3 主要技术要求 2.1.4 铸造工艺过程的主要设计2.1.5 常见主要铸造缺陷及对策2.1.6 大型气缸套的低压铸造2.1.7 气缸套的离心铸造 2.2 冷却水套 2.2.1 一般结构及铸造工艺性分析2.2.2 主要技术要求 2.2.3 铸造工艺过程的主要设计2.2.4 常见主要铸造缺陷及对策2.3 烘缸 2.3.1 结构特点 2.3.2 主要技术要求 2.3.3 铸造工艺过程的主要设计2.4 活塞 2.4.1 结构特点 2.4.2 主要技术要求 2.4.3 铸造工艺过程的主要设计2.4.4 砂衬金属型铸造 第3章环形铸件 3.1 活塞环3.1.1 概述 3.1.2 材质 3.1.3 铸造工艺过程的主要设计 3.2 L形环 3.2.1 L形环的单体铸造 3.2.2 L形环的筒形铸造 第4章球墨铸铁曲轴 4.1 主要结构特点 4.1.1 曲臂与轴颈的连接结构 4.1.2 组合式曲轴 4.2 主要技术要求 4.2.1 材质 4.2.2 铸造缺陷 4.2.3 质量检验 4.2.4 热处理 4.3 铸造工艺过程的主要设计 4.3.1 浇注位置 4.3.2 模样 4.3.3 型砂及造型 4.3.4 浇冒口系统 4.3.5 冷却速度 4.3.6 熔炼、球化处理及浇注 4.4 热处理 4.4.1 退火处理 4.4.2 正火、回火处理 4.4.3 调质（淬火与回火）处理 4.4.4 等温淬火 4.5 常见主要铸造缺陷及对策 4.5.1 球化不良及球化衰退 4.5.2 缩孔及缩松 4.5.3 夹渣 4.5.4 石墨漂浮 4.5.5 皮下气孔 4.6 大型球墨铸铁曲轴的低压铸造 第5章盖类铸件 5.1 柴油机气缸盖 5.1.1 一般结构及铸造工艺性分析 5.1.2 主要技术要求 5.1.3 铸造工艺过程的主要设计 5.2 空气压缩机气缸盖 5.2.1 一般结构及铸造工艺性分析 5.2.2 主要技术要求 5.2.3 铸造工艺过程的主要设计 5.3 其他形式气缸盖 5.3.1 一般结构 5.3.2 主要技术要求 5.3.3 铸造工艺过程的主要设计 第6章箱体及壳体类铸件 6.1 大型链轮箱体 6.2 增压器进气涡壳体 6.3 排气阀壳体 6.4 球墨铸铁机端壳体 6.5 球墨铸铁水泵壳体 6.6 球墨铸铁分配器壳体 第7章阀体及管件 7.1 灰铸铁大型阀体 7.2 灰铸铁大型阀盖 7.3 球墨铸铁阀体 7.4 管件 7.5 球墨铸铁螺纹管件 7.6 球墨铸铁管卡箍 7.6.1 主要技术要求 7.6.2 铸造工艺过程的主要设计 7.6.3 常见主要铸造缺陷及对策 第8章轮形铸件 8.1 飞轮 8.2 调频轮 8.3 中小型轮形铸件 8.4 球墨铸铁轮盘 第9章锅形铸件 9.1 大型碱锅 9.2 中小型锅形铸件 第10章平板类铸件 10.1 大型龙门铣床落地工作台 10.2 大型立式车床工作台 10.3 大型床身中段 10.4 大型底座 中国机械工业出版社精装16开定价：299元
论曲轴的加工工艺 曲轴是发动机及气缸式压缩机上的一个重 要的旋转机件，装上连杆后，可承接活寒的上下(往复)运动变成循环运动。曲 轴的材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有几个重要部位：主轴颈、 连杆颈、曲柄等。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。 1确定曲轴的加工工艺法方案 1.1曲轴作为一个重要的旋转机件，其加工方法仍冇一般轴的加工 规律，如铣两端面，钻中心孔，车、磨及抛光，但是曲轴也是有它的特点，它由主轴颈，连杆轴颈与连杆轴颈之间的连接板组成，其结构细长、曲拐多、刚性差，因而安排曲轴加工工艺应采取相应的工艺措施。 1.2在曲轴的机械加工中，采用新技术和提高自动化程度都不 断取得进展。国内以往的曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工 设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工质质量 稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达到合理的加工余量。精加工 普遍采用 MQ8260等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人 工操作,加工质量不稳，尺寸一致性差。现在加工曲轴粗加工 比较流行的工艺是：主轴颈采用车拉工艺和高速外铣,连杆颈采用高速外铣，而且倾向于高速随动外铣，全部采用干式切削。在对连杆颈进行随动磨削时， 曲轴以主轴颈为轴线进行旋转，并在一次装夹下磨削所有连杆颈。 在磨削过程中，磨头实现往复摆动进给，跟踪着偏心回转的连杆颈进行磨削加工。 2 确定曲轴的加工工艺过程 2.1 曲轴的结构及其特点。 曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个 主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式)。 主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴 承的数目不仅与气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。 连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，在连接处用圆 弧过渡，以减少应力集中。 曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力， 曲柄处铸有(或紧固有)平衡重块。平衡里块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。 2.2曲轴的主要技术要求分析。1)主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关等级IT6,表面粗糙度Ra值为1.25~0.63μ m。轴颈长度公差等级为IT9~IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆
引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。 是发动机上的一个重要的机件，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈，（还有其他）。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑．这个一般都是压力润滑的，曲轴中间会有油道和各个轴瓦相通，发动机运转以后靠机油泵提供压力供油进行润滑、降温。发动机工作过程就是，活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。曲轴的旋转是发动机的动力源。也是整个船的源动力。 曲轴制造技术/工艺的进展 1、球墨铸铁曲轴毛坯铸造技术 （1）熔炼 高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球墨铸铁的关键。国内主要是以冲天炉为主的生产设备，铁水未进行预脱硫处理；其次是高纯生铁少、焦炭质量差。目前已采用双联外加预脱硫的熔炼方法，采用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成分。目前，在国内铁水成分的检测已普遍采用真空直读光谱仪来进行。 （2）造型 气流冲击造型工艺明显优于粘土砂型工艺，可获得高精度的曲轴铸件，该工艺制作的砂型具有无反弹变形量等特点，这对于多拐曲轴尤为重要。目前，国内已有一些曲轴生产厂家从德国、意大利、西班牙等国引进气流冲击造型工艺，不过，引进整条生产线的只有极少数厂家，如文登天润曲轴有限公司引进了德国KW铸造生产线。 2、钢曲轴毛坯的锻造技术 近几年来，国内已引进了一批先进的锻造设备，但由于数量少，加之模具制造技术和其他一些设施跟不上，使一部分先进设备未发挥应有的作用。从总体上来讲，需改造和更新的陈旧的普通锻造设备多，同时，落后的工艺和设备仍占据主导地位，先进技术有所应用但还不普遍。 3、机械加工技术 目前国内曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及拐颈，工序的质量稳定性差，容易产生较大的内应力，难以达到合理的加工余量。一般精加工采用 MQ8260等曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光，通常靠手工操作，加工质量不稳定。随着贸易全球化的到来，各厂家已意识到了形势的严峻性，纷纷进行技术改造，全力提升企业的竞争力，近年来引进了许多先进设备和技术，进展速度很快。就目前状况来讲，这些设备和技术基本依赖进口。下面就哈尔滨东安动力、一汽大柴、文登天润曲轴、滨州海得曲轴等公司的情况作以介绍。 哈尔滨东安集团曲轴生产线为全自动柔性流水生产线，粗加工生产线由德国的专机自动线（LINDENMAIER）、数控车-车拉、数控高速随动外铣（BOEHRINGER）、圆角滚压机（HEGENSCHEIDT-MFD）和止推面车滚专机、淬火机（EMA）等组成；精加工生产线由日本的数控高速CBN磨床
球墨铸铁曲轴的铸造与发展 1、前言 曲轴是汽车发动机的关键部件之一，其性能好坏直接影响汽车的寿命。曲轴工作时承受着大负荷和不断变化的弯矩及扭矩作用，常见的失效形式为弯曲疲劳断裂及轴颈磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性和疲劳强度以及良好的耐磨性能。随着球墨铸铁技术的发展，其性能也在不断提高，优质廉价的球铁已成为制造曲轴的重要材料之一。 自1947年球墨铸铁发明以来，经过不长时间的努力，其抗拉强度提高到了600~900MPa，接近或超过了碳素钢的水平。与锻钢材料比较，球墨铸铁曲轴既有制造简便、成本低廉，又有吸震、耐磨、对表面裂纹不敏感等锻钢材料所不具备的优良特性，因而球墨铸铁具备了代替锻钢制造曲轴的可能性。 20世纪50年代后期，国内南京汽车制造厂率先批量生产跃进牌汽车球铁曲轴。60年代，二汽首先成为国内按照球铁曲轴生产工艺进行设计和投产的汽车厂。到了70、80年代，中小型柴油机在我国迅速发展，由于球铁制造和经济方面的优势，大多数中小型柴油机都采用球铁曲轴，极大地推动了我国球铁曲轴的应用与发展，出现了一批球铁曲轴专业生产厂。近十多年在汽车工业的快速发展过程中，又新建了一批现代化的球铁曲轴生产厂（或分厂、车间），球铁曲轴在国内得到了普遍应用。 国外球铁曲轴的应用也十分广泛，早在上世纪50 年代，国外就开始将球墨铸铁应用于曲轴的生产，如美国的福特公司首先应用，美国克莱斯勒公司、瑞士的GF公司、法国的雷诺和雪铁龙公司、意大利的菲亚特公司、罗马尼亚的布拉索夫汽车厂等先后成功地将球墨铸铁应用于曲轴的生产。在德国，排气量2000ml 以下的柴油机中球铁曲轴占50%，排气量1500ml 以下的汽油机中球铁曲轴占80%；在美国汽车行业中，球铁曲轴占80%。由于制造技术和经济上的优势，球铁曲轴在汽车工业中广泛应用的总体状况今后不会发生太大的变化。 2、球铁曲轴的熔炼 对于球铁的熔炼，国内外采用冲天炉,工频炉双联熔炼的较多。铁液一般要经过脱硫处理，铁液脱硫方式现在多采用多孔塞脱硫方法，即吹N2气加入CaC2或复合脱硫剂搅拌脱硫。脱硫的稳定性对于熔炼曲轴铁液具有重要意义，如采用感应电炉熔炼可以更好地控制合金成分范围，稳定球化，易于保证铁液质量。 球化处理是球铁曲轴生产的重要环节，石墨的形态不仅影响曲轴本体强度性能，而且会影响到曲轴疲劳强度与抗冲击性能。球化剂的选用对于球化处理结果具有重要意义。 国内球化剂主要采用稀土镁硅铁复合球化剂。 稀土具有较好的脱硫及平衡微量元素有害倾向的作用，净化铁液，稳定生产，但起主导球化作用的仍然是镁。鉴于国内铸造厂脱硫水平的提高，球化剂有向低稀土方向发展的趋势。另外，可根据铸态基体组织的需要，使用含Ca、Ba、Bi、Sb 等元素的复合球化剂。 球化时采用哪种球化工艺，主要考虑吸收率的高低、反应是否平稳。国外很多工厂采用盖包冲入法,其优点是吸收率较高，烟尘少，投资小，适应面广泛。国内采用的更多为冲入法球化处理工艺，Mg的吸收率偏低（通常30%~50%）。喂丝法球化是最近发展起来的一种球化新工艺，其优点是反应平稳、温度损失少，正在逐步推广。 孕育处理是球化后的铁液必不可少的工序。目前，国内普遍采用含硅75%的硅铁合金，国外球铁孕育剂较多地应用硅铁/锆、硅铁/锰/锆及含钙、钡的复合孕育剂，其中锆能延迟衰退
曲轴介绍及其工艺流程 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
曲轴介绍及其工艺流程 曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。曲轴的支承方式一般有两种，一种是全支承曲轴，另一种是非全支承曲轴。曲轴的形状和曲拐相对位置(即曲拐的 布置)取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。曲轴的作用:它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力。 曲轴加工材料与毛胚： 曲轴毛坯的制造方法有锻造和铸造两种。曲轴采用的材料有45钢、45Mn2和40Cr等。锻造钢件毛坯有好的耐磨性，可得到有利的纤维组织，可获得最佳的截面模量和紧密的细晶粒相组织。曲轴铸件一般是球墨铸铁，球墨铸铁曲轴铸造工艺好，有利于获得较合理的结构形式，在大批量生产中可采用精密铸造，其机械性能以接近一般中碳钢，切削性能好，耐磨性高。
发动机曲轴工艺流程： 1、粗车第四主轴颈 2、粗磨第四主轴颈 3、粗车其余主轴颈、两端面 4、精车1、3、4、6主轴颈及小端面 5、精车2、5、7主轴颈及大端面 6、在后端面打零件号 7、铣削加工6个连杆颈 8、在后端面上铰第一个孔 9、2、7主轴颈上钻直油孔 10、连杆颈上钻斜油孔，油孔倒角去毛刺 11、零件中间清洗
曲轴线加工工艺简介
2012-1-11
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提纲
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曲轴介绍 曲轴线工艺 – 曲轴线布局图 – 曲轴工艺流程 – 曲轴重要特征及关键尺寸 – 关键工位和设备 – 重要刀具 设备验收流程
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曲轴简介
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曲轴与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。 曲轴一般由主轴颈、连杆颈、曲拐、平衡块、油孔、芯轴端和法兰端等组成。
B12
C14
B15 Gen2
B12 MCE
B12&15T
3
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曲轴重要特征
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轴颈尺寸和表面质量 冲程和相位 发信盘安装孔位置度 键槽位置度
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中心孔 动平衡 沟槽滚压
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一期布局和工艺流程
OP 130 OP 140 UNLOAD
OP 75
OP 70B
OP 70A OP30A OP30B OP40
OP20C
OP20B
OP20A LOAD
二期布局和工艺流程
UNLO AD
OP15 0 OP 50 OP 140 Induction harder 预 留 OP 130 OP 70A OP 45 OP 70B OP 120 OP 110B OP 110A OP 80A OP 40B OP 40A OP 20A 外铣预 留 OP 60C OP 10A OP 10B
OP 60A OP 60B
OP 05
外铣预 留
OP 100B OP 100A
OP 80B
OP 30B
OP 20B
OP 90
OP 80C
OP 30A
OP 20C
LOAD
专业课程设计任务书 学生姓名：班级： 设计题目：汽车发动机曲轴材料的选择及工艺设计 设计内容： 1、根据零件工作原理，服役条件，提出机械性能要求和技术要求。 2、选材，并分析选材依据。 3、制订零件加工工艺路线，分析各热加工工序的作用。 4、制订热处理工艺卡，画出热处理工艺曲线，对各种热处理工艺进行分 析，并分析所得到的组织，说明组织及性能的检测方法与使用的仪器设备。 5、分析热处理过程中可能产生的缺陷及补救措施。 6、分析零件在使用过程中可能出现的失效方式及修复措施。
目录 0 前言 (1) 1 汽车发动机曲轴的工作条件及性能要求 (2) 1.1 汽车发动机曲轴的工作条件 (3) 1.2 汽车发动机曲轴的性能要求及技术要求 (3) 2 汽车发动机曲轴的材料选择及分析 (4) 2.1 零件材料选择的基本原则 (4) 2.2 曲轴常用材料简介 (5) 2.3 汽车发动机曲轴材料的确定 (5) 3 曲轴的加工工艺路线及热处理工艺的制定 (6) 3.1 35CrMo曲轴热处理要求 (6) 3.2 汽车曲轴的热处理工艺的制定 (6) 3.2.1 调质处理 (7) 3.2.2 去应力退火 (8) 3.2.3 圆角高频淬火和低温回火 (9) 4 曲轴热处理过程中可能产生的缺陷及预防措施 (11) 4.1 校直过程引起材料原始裂纹 (11) 4.2 曲轴圆角淬火不当引起裂纹源 (12) 4.3 淬火畸变与淬火裂纹 (12) 4.4 淬火导致氧化、脱碳、过热、过烧 (13) 4.5 淬火硬度不足 (13) 5 曲轴在使用过程中可能产生的失效形式及分析 (13) 6 课程设计的收获与体会 (14) 7 参考文献 (15) 8 工艺卡 (16)
发动机曲轴加工工艺分析与设计 摘要 曲轴是汽车发动机的关键零件之一,其性能好坏直接影响到汽车发动机的质量和寿命.曲轴在发动机中承担最大负荷和全部功率,承受着强大的方向不断变化的弯矩及扭矩，同时经受着长时间高速运转的磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。发动机曲轴的作用是将活塞的往复直线运动通过连杆转化为旋转运动，从而实现发动机由化学能转变为机械能的输出。 本课题仅175Ⅱ型柴油机曲轴的加工工艺的分析与设计进行探讨。工艺路线的拟定是工艺规程制订中的关键阶段，是工艺规程制订的总体设计。所撰写的工艺路线合理与否，不但影响加工质量和生产率，而且影响到工人、设备、工艺装备及生产场地等的合理利用，从而影响生产成本。 所以，本次设计是在仔细分析曲轴零件加工技术要求及加工精度后，合理确定毛坯类型，经过查阅相关参考书、手册、图表、标准等技术资料，确定各工序的定位基准、机械加工余量、工序尺寸及公差，最终制定出曲轴零件的加工工序卡片。 关键词：发动机，曲轴，工艺分析，工艺设计 目录 第一章概述1 第二章确定曲轴的加工工艺过程3 2.1曲轴的作用3 2.2曲轴的结构及其特点3 2.3曲轴的主要技术要求分析4 2.4曲轴的材料和毛坯的确定4 2.5曲轴的机械加工工艺过程4 2.6曲轴的机械加工工艺路线5 第三章曲轴的机械加工工艺过程分析 6 3. 1曲轴的机械加工工艺特点6 3. 2曲轴的机械加工工艺特点分析7 3. 3曲轴主要加工工序分析 (8) 3.3.1铣曲轴两端面,钻中心孔 (8) 3.3.2曲轴主轴颈的车削 (8) 3.3.3曲轴连杆轴颈的车削 (8) 3.3.4键槽加工 (9) 3.3.5轴颈的磨削 (9) 第四章机械加工余量、工序尺寸及公差的确定9 4.1曲轴主要加工表面的工序安排9 4.2机械加工余量、工序尺寸及公差的确定10 4.2.1主轴颈工序尺寸及公差的确定10 4.2.2连杆轴颈工序尺寸及公差的确定10 4.2.3φ22 -00.12外圆工序尺寸及公差的确定10 4.2.4φ20 0-0.021外圆工序尺寸及公差的确定11 4.3 确定工时定额11 4.4 曲轴机械加工工艺过程卡片的制订12 谢辞13
球墨铸铁曲轴的铸造与发展 曲轴是汽车发动机的关键部件之一，其性能好坏直接影响汽车的寿命。曲轴工作时承受着大负荷和不断变化的弯矩及扭矩作用，常见的失效形式为弯曲疲劳断裂及轴颈磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性和疲劳强度以及良好的耐磨性能。随着球墨铸铁技术的发展，其性能也在不断提高，优质廉价的球铁已成为制造曲轴的重要材料之一。自1947年球墨铸铁发明以来，经过不长时间的努力，其抗拉强度提高到了600~900MPa，接近或超过了碳素钢的水平。与锻钢材料比较，球墨铸铁曲轴既有制造简便、成本低廉，又有吸震、耐磨、对表面裂纹不敏感等锻钢材料所不具备的优良特性，因而球墨铸铁具备了代替锻钢制造曲轴的可能性。 20世纪50年代后期，国内南京汽车制造厂率先批量生产跃进牌汽车球铁曲轴。60年代，二汽首先成为国内按照球铁曲轴生产工艺进行设计和投产的汽车厂。到了70、80年代，中小型柴油机在我国迅速发展，由于球铁制造和经济方面的优势，大多数中小型柴油机都采用球铁曲轴，极大地推动了我国球铁曲轴的应用与发展，出现了一批球铁曲轴专业生产厂。近十多年在汽车工业的快速发展过程中，又新建了一批现代化的球铁曲轴生产厂（或分厂、车间），球铁曲轴在国内得到了普遍应用。国外球铁曲轴的应用也十分广泛，早在上世纪50 年代，国外就开始将球墨铸铁应用于曲轴的生产，如美国的福特公司首先应用，美国克莱斯勒公司、瑞士的GF公司、法国的雷诺和雪铁龙公司、意大利的菲亚特公司、罗马尼亚的布拉索夫汽车厂等先后成功地将球墨铸铁应用于曲轴的生产。在德国，排气量2000ml 以下的柴油机中球铁曲轴占50%，排气量1500ml 以下的汽油机中球铁曲轴占80%；在美国汽车行业中，球铁曲轴占80%。由于制造技术和经济上的优势，球铁曲轴在汽车工业中广泛应用的总体状况今后不会发生太大的变化。 对于球铁的熔炼，国内外采用冲天炉,工频炉双联熔炼的较多。铁液一般要经过脱硫处理，铁液脱硫方式现在多采用多孔塞脱硫方法，即吹N2气加入CaC2或复合脱硫剂搅拌脱硫。脱硫的稳定性对于熔炼曲轴铁液具有重要意义，如采用感应电炉熔炼可以更好地控制合金成分范围，稳定球化，易于保证铁液质量。球化处理是球铁曲轴生产的重要环节，石墨的形态不仅影响曲轴本体强度性能，而且会影响到曲轴疲劳强度与抗冲击性能。球化剂的选用对于球化处理结果具有重要意义。国内球化剂主要采用稀土镁硅铁复合球化剂。稀土具有较好的脱硫及平衡微量元素有害倾向的作用，净化铁液，稳定生产，但起主导球化作用的仍然是镁。鉴于国内铸造厂脱硫水平的提高，球化剂有向低稀土方向发展的趋势。另外，可根据铸态基体组织的需要，使用含Ca、Ba、Bi、Sb等元素的复合球化剂。球化时采用哪种球化工艺，主要考虑吸收率的高低、反应是否平稳。国外很多工厂采用盖包冲入法,其优点是吸收率较高，烟尘少，投资小，适应面广泛。国内采用的更多为冲入法球化处理工艺，Mg的吸收率偏低（通常30%~50%）。喂丝法球化是最近发展起来的一种球化新工艺，其优点是反应平稳、温度损失少，正在逐步推广。孕育处理是球化后的铁液必不可少的工序。目前，国内普遍采用含硅75%的硅铁合金，国外球铁孕育剂较多地应用硅铁/锆、硅铁/锰/锆及含钙、钡的复合孕育剂，其中锆能延迟衰退时间，锰能降低熔点，使孕育均匀。采用高效孕育剂可以有效地增加石墨核心，细化晶粒，延缓孕育衰退时间。当前，随流孕育法在美国广泛被采用, 可以有效地控制孕育剂在铁液中分布的均匀性。型内孕育法常与其他孕育方法联合使用，是一种复合强化孕育工艺。另外，新近发展的喂丝法孕育工艺，是与喂丝法球化同时进行的一种孕育方法。 研究资料表明，珠光体基体的组织较铁素体基体组织具有更好的疲劳强度性能，而这正是曲轴所需具有的重要使用性能之一。同时，珠光体基体组织具有更高的常温抗拉强度和耐磨性。故在球铁曲轴的生产中，其基体组织以珠光体基体为主，通常为QT600、QT700、QT800 甚至QT900 牌号，一般要求伸长率在2%以上。对于QT600、QT700 来说，采用铸态生产即
球墨铸铁铸造工艺 1、金属炉料的要求 1.1各种入炉金属炉料必须明确成份，除回炉铁和废钢由炉前配料人员根据炉料状况确定外，螺纹钢不准加入球铁中。其余炉料必须具备化学成份化验单方可使用，同时应保证炉料、合金干燥。1.2防止有密闭容器混入炉料中。 1.3所有炉料应按配料单过称。 2.1球墨铸铁化学成分 2.2球墨铸铁单铸试样力学性能（GB/T1348-1988） 3.熔炼过程化学成分和机械性能控制范围： 3.1熔炼过程化学成分控制范围
3.1.2球墨铸铁熔炼过程化学成分控制范围 3.2机械性能控制范围符合2.2、2.4标准 4.1配料：加料按（2200kg）根据材质和回炉料情况选择下表其中一种配比。（注意：如果是其他增碳剂，则增碳剂加入量增加10%） 4.2加料顺序： 200kg新生铁或回炉料-1/3增碳剂-废钢-1/3增碳剂-废钢-1/3增碳剂-新生铁-回炉料。 增碳剂不准一次加入.防止棚料. 6冶炼要求 6.1加料顺序：新生铁-废钢加满炉-增碳剂-废钢-回炉料。 6.2熔化完毕，温度升到1380℃左右清除铁水表面的渣，取原铁水化学成分。 6.3根据成分标准加合金或其他原料调整化学成分。成份不合格不准出铁水
6.4测温，根据铸件工艺要求要求确定出铁温度， 6.5出铁水前扒渣干净。 6.6小铸件要用0.5-1吨包分包出铁或球化 7球墨铸铁的孕育和球化处理 7.1孕育剂选用75SiFe,加入方法为随流加入。 7.2球化处理材料的技术要求参见下表(有特殊要求的球化剂按专项规定). 7.3球铁处理方法 7.3.1球化处理采取冲入法 7.3.2将球化处理材料按球化剂-孕育剂（1/3的硅铁粒）-0.1%增碳剂-聚渣剂-铁板的顺序层状加入铁水包底的一边，每加入一种材料需扒平,椿实。 7.3.3铁水冲入位置应是放置合金等材料的另一边，防止铁水直接冲击合金。先出2/3铁水球化。 7.3.4球化反应结束后，再出余下的铁水1/3。剩余2/3 Si75孕育剂硅铁粒随在出剩余铁水均匀加入。孕育后必须搅拌铁水。 7.3.5铁水反应平静后，搅拌，扒渣取样，检查是否球化，如球化不良，禁止浇注。 8球化质量的炉前检验 8.1三角试片检验方法：试片截面25mm（宽）X 50mm（高），冷至暗红色，取出淬水，若断口呈银灰色，中间明显缩松，三边凹缩，悬击有钢音，浸水有电石味，则球化良好。 8.2观察铁水表面：铁水表面平静，覆盖一层皱皮，温度下降，出现五颜六色浮皮，则球化良好；表面翻腾严重，氧化皮极少，且集中在中央，则未球化，处理好的铁水，应迅速扒渣浇注，防止球化衰退。 9浇注 9.1准备好泥球。及时堵住漏箱。 9.2铁水浇注温度：根据铸件工艺要求确定 9.3球铁浇注前放0.2%的大块硅铁在铁水表面,进行随流孕育. 9.4连续浇注，不得断流。始终保持浇口杯充满2/3左右。 9.5见冒口上铁水或气孔火焰无力时,慢浇,到冒口浇满或气孔溢出部分铁水后停止浇注.在冒口翻腾时继续浇入铁水，直到冒口平静为止，不允许再浇注完再向冒口内浇铁水. 9.6浇注时保证冒口浇满,盖上保温剂 9.7最后浇注试样。
毕业论文 （科学研究报告） 题目汽车发动机四缸曲轴加工工艺 及夹具设计 院(系)别机电及自动化学院 专业机械工程及自动化 级别2009 学号***** 姓名*** 指导老师*** 副教授 ** 大学教务处 2013年6月
摘要 曲轴是汽车发动机的重要零件。它的作用是把活塞的往复直线运动变成传动轴的旋转运动，将作用在活塞的气体压力变成扭矩，用来驱动工作机械和发动机各辅助系统进行工作。曲轴在工作时承受着不断变化的压力、惯性力和它们的力矩作用，因此要求曲轴具有强度高、刚度大、耐磨性好，轴颈表面加工的尺寸精确，且润滑可靠。 本设计是根据被加工曲轴的技术要求基准先行，先主后次，先粗后精，先面后孔的工艺设计准则。先加工出基准，再用精基准定位加工其它工序。在夹具设计时，选择的是车曲轴连杆轴颈的工序，定位时选择两个V形块和周向定位钉定位，用压板夹紧，并且在夹具上设置合适的偏心距。通过本次设计我查阅了许多书籍和行业资料，了解到行业的发展进程和部分先进技术，扩展了我的专业视野，为将来的学习生活都有着重要的影响。 关键词
ABSTRACT Crankshaft is a very important parts of diesel engine. Ist action is change the to and fro straight-line motion of the piston into rotary motion,and change the gas pressure on the piston into torque, that is used to drive executive body and accessory system of the diesel engine. Crankshaft is withstanding the changing pressure, inertia force and the torque. So the crankshaft mast have high strength, high rigidity, high abrasion resistance and the surface of axle journal must have high precision with well lubricating. This design is on the basis of technical requirement of the crankshaft to design the technological procedure. And then use the fundamental and method of the fixture design to fix the fixture design programme,and complete the structural of the fixture. The main work is: Parts drawing, understand the characteristic of structure and technical requirement; Accroding to the types of manufacturing and the plant conditions of the company we will analyse the structure and craft of the crankshaft; Fix the type and manufacturing method of the roughcast; Fix the processing technic of the crankshft,select device and equipment fix the machining allowance and working procedure size and count the cutting specifications and time allowance.; Fix the Processing technological process card and Machine-finishing operation card; Design the special fixture and plan the assembling drawing and main parts drawing. This design is in order to improve the crankshaft parts production efficiency, and the machining accuracy. Therefore,when drawing up the process we strict accordance with the design criteria that benchmark first,main first then secondary, rough first then essence, surface first ，hole after . First, work out benchmark, again with pure reference positioning processing other processes. In fixture design,I choose the car process of crankshaft connecting rod , When location,I choose two V block and circumferential locating pin to positioning, pressed powder compact, and set up appropriate eccentricity on the jig. Accroding to this design I looked through many books and industry information, understand some of the industry development process and advanced technologies,and also expanded my professional field.It has important influence on my future study and life. KEYWORDS:Machine manufacture Processing craft Crankshaft fixture
锻钢和球墨铸铁曲轴的疲劳性能 乔纳森威廉姆斯和阿里法特米 托莱多大学 摘要 疲劳是内燃机中的曲轴失效的主要原因。循环加载和在曲柄销圆角的应力集中是不可避免的，并可能导致疲劳破坏。本研究的目的是比较的锻钢和球墨铸铁曲轴疲劳行为一一缸发动机以及确定是否曲轴的疲劳寿命是疲劳寿命预测的准确估计。单调拉伸试验以及应变控制疲劳试验用试样加工曲轴获得单调和循环变形行为和两种材料的疲劳性能研究。锻钢具有较高的拉伸强度比球墨铸铁更好的疲劳性能。夏比V型缺口冲击试验用试样加工曲轴的获得和比较材料的冲击韧性进行。锻钢无论在何种温度下的T-L和T-L方向的冲击韧性都要比球墨铸铁更好。负载控制部件的疲劳试验，采用锻钢和球墨铸铁曲轴进行。对于一个给定的弯矩调幅，锻钢曲轴有六个因素（6）比球墨铸铁曲轴寿命更长。曲轴的有限元分析，使用类似于组件试验边界条件下进行的。从试样的疲劳性能进行了曲轴的寿命预测。基于S-N预测的结果接近基于为锻钢和铸铁曲轴组件测试的结果。所以S-N的预测是非常接近的实际从锻钢构件测试的结果，但是铸铁曲轴不太精确的。 介绍 内燃机曲轴把活塞的直线运动转化为曲轴的旋转运动。用来驱动曲轴用于汽车或其它装置。曲轴具有很宽的范围从一小缸割草机引擎应用到非常大的多缸柴油机。 曲轴的一个组成部分，目的是持续直至报废的发动机或车辆。作为一个高速度，旋转构件，其使用寿命有数百万，甚至数十亿的重复的负载周期。因此，曲轴通常被设计为无限的生命。 延森（1）在他的一个V-8汽车曲轴惯性和天然气发动机的载荷作用下的弯曲和扭转的形式创建一个多轴应力情况的研究表明。这样做是通过应变计测量应用到曲轴的弯曲和扭转。只有最大的扭转和弯曲力矩被认为和测试通过最大主应力理论的一个恒定幅度的弯曲试验。谐振式弯曲试验是在曲轴的部分进行的。采用S-N方法确定了曲轴的疲劳寿命。 存在应力集中或缺口，在曲轴是不可避免的。在曲轴上有直径变化的地方，存在应力集中可能会导致疲劳失效。鱼片是用来降低应力集中程度。延森确定了曲柄销上的曲轴圆角最关键的位置。在曲轴圆角滚压往往是为了在成分诱导的残余压应力，它可以帮助弥补缺口的影响。残余应力对曲轴疲劳的影响是由简等人的分析。（2）。本研究还采用谐振的弯曲试验，
明达职业技术学院 毕业设计 曲轴加工工艺及曲轴连杆轴颈 磨床夹具设计 专业机电一体化技术 学生姓名郑为山 班级09 机电一班 学号 62093138 指导教师问德刚 完成时间2011年12月15日
目录 摘要 (2) 1轴零件图的分析 (3) 1.1曲轴零件及其工艺特点 (3) 1.2曲轴的主要技术要求 (4) 1.3曲轴零件加工要求 (4) 1.4 曲轴零件工艺特点 (4) 2曲轴的机械加工 (4) 2.1曲轴的材料和毛坯 (4) 2.2 曲轴的机械加工工艺过程 (5) 3曲轴连杆轴颈磨床夹具设计 (14) 3.1 机床夹具的分类、基本组成和功用 (14) 3.2加紧方案 (15) 3.3定位基准的选择 (15) 3.4定位误差分析 (15) 3.5夹具结构简图 (17) 3.6夹具的使用方法 (19) 总结 (20) 参考文献 (21) 致谢 (22)
曲轴加工工艺及曲轴连杆轴颈磨床夹具设计 郑为山 【摘要】曲轴是汽车发动机的关键零件之一,其性能好坏直接影响到汽车发动机的质量和寿命.曲轴在发动机中承担最大负荷和全部功率,承受着强大的方向不断变化的弯矩及扭矩，同时经受着长时间高速运转的磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。发动机曲轴的作用是将活塞的往复直线运动通过连杆转化为旋转运动，从而实现发动机由化学能转变为机械能的输出。 本课题是曲轴的加工工艺的分析与设计进行探讨。工艺路线的拟定是工艺规程制订中的关键阶段，是工艺规程制订的总体设计。所撰写的工艺路线合理与否，不但影响加工质量和生产率，而且影响到工人、设备、工艺装备及生产场地等的合理利用，从而影响生产成本。 所以，本次设计是在仔细分析曲轴零件加工技术要求及加工精度后，合理确定毛坯类型，经过查阅相关参考书、手册、图表、标准等技术资料，确定各工序的定位基准、机械加工余量、工序尺寸及公差，最终制定出曲轴零件的加工工序卡片。 【关键词】发动机曲轴工艺分析工艺设计夹具