曲柄轴加工工艺分析

魏纯勇

（中国化工黑化集团有限公司硝铵厂，黑龙江 齐齐哈尔 161041）

0 引言

曲柄轴作为一种常见的机械零件，广泛应用于柴油机、汽油机、减速机等机器中，特别是在各种发动机上是必不可少的零件。曲柄轴的加工工艺是实现曲柄轴设计精度的关键所在。随着现代技术的发展，很多高端的机器对曲柄轴的加工精度、装配精度要求都很高，尤其是高精度曲柄轴的加工制造。通常来说，曲柄轴的作用主要是传递运动和扭力，一般曲柄轴的结构都较复杂，精度要求较高。虽然各种新的加工设备不断出现，但是成本也相应的升高。根据现有的加工设备制定合理的曲柄轴加工工艺，制造出高精度的曲柄轴具有重要意义。

1 曲柄轴加工工艺

1.1 加工零件

本文以图1 所示的典型曲柄轴零件为例，进行高精度曲柄轴加工工艺的分析和计算，从图中可以看出，该曲柄轴的加工精度要求较高，偏心精度要求±0.01 mm，轴颈两侧精度要求-0.005 mm，而且该曲柄轴的尺寸比较小，属于高精密零件的加工范畴。曲柄轴偏心精度是曲柄轴机械加工中的关键所在，其优劣直接影响了曲柄轴加工的质量。根据曲柄轴的零件图设计出合理的加工工艺路线是进行曲柄轴机械加工的重要任务。零件加工工艺路线的设计不仅与所加工零件的具体结构有关，并且与零件的材料和生产批量有很大的关系。因此，需要根据零件的结构特点和生产数量进行机械加工工艺的编排。本文将通过查阅相关的机械加工工艺手册，并参考之前加工相似曲柄轴零件进行工艺的计算，对该曲柄轴的机械加工工序进行分解，以求得精确的切削量、切削力，从而保证零件的最终加工质量和精度。

图1 典型曲柄轴零件

1.2 零件的加工工艺分析

根据曲柄轴的零件图可知，该零件的加工主要是圆周面和端面的加工。综合考虑零件的加工特点，本着“先面后孔，先主后次”的加工原则，对图1 所示的曲柄轴零件加工工艺路线进行设计。首先结合零件的特性和本单位的库存选取合理的毛坯，并对毛坯进行调质处理使其具有较好的加工性能。首先进行毛坯的粗加工，采用车床粗加工轴的两端，车削左端面，打定位中心孔，加工长度至50 mm；然后掉头车削右端面，并打定位中心孔，加工毛坯轴向长度至49.5 mm。采用一顶一夹的定位和装夹方式在车床上粗加工φ14mm 的外圆；粗加工φ12 mm 的外圆。对轴两端的定位中心孔进行研磨（将在精加工中作为定位基准）。采用车床精加工φ12 mm 的外圆到要求尺寸；加工10 mm 长的键槽到要求尺寸。采用专用夹具进行装夹，使用磨床精磨偏心外圆φ17 mm，保证偏心尺寸1.5±0.01 mm；最后进行产品的检验。

2 曲柄轴加工相关量的计算

2.1 计算毛坯尺寸和加工余量

该曲柄轴选用的材料是20 钢，硬度为60HRC，生产类型属于大批量生产，根据该曲柄轴的加工工艺流程和生产批量的大小，对该零件的毛坯尺寸和加工余量计算如下：经查阅机械加工工艺手册可知，径向磨削余量为0.15 mm，可求得其精磨余量为0.15/10（即0.015 mm），粗磨削余量为0.12 mm，半精车的余量为0.5 mm，粗车后保留的余量为2 mm。因此，曲柄轴毛坯径向总的加工余量为：S=0.15+0.015+0.12+0.5+2=2.785 mm。

为了合理地确定毛坯件的尺寸，可以先按工序确定每道工序的基本尺寸，然后将各道工序的加工余量累加，并与零件的尺寸相加就得到了毛坯件尺寸。计算过程如下：

工件的最大外径为φ17 mm，每道工序的基本尺寸依次为：粗磨削尺寸为17+0.015=17.015 mm；半精车尺寸为17.015+0.12=17.135 mm；粗车加工尺寸为17.135+0.5=17.635 mm；毛坯件尺寸为17.635+2=19.635 mm。

查工艺手册可知锻造毛坯件的误差要求±2 mm，根据以上计算结果并结合仓库的实际库存选取外径为22 mm的棒料作为毛坯进行加工。

2.2 计算切削量

该曲柄轴零件的加工主要是采用车床车削和磨床进行磨削加工为主，现将车削用量和磨削用量计算如下：

1）车削用量的计算。

采用车床进行粗车时，选用硬质合金刀具加工轴的外圆和两个端面，切削深度小于2 mm，进给量0.15～0.25 mm/r，粗车后的表面粗糙度要达到Ra3.2。刀杆选用20 mm×40 mm。

半精车选用硬质合金刀具加工轴的外圆，切削深度小于1 mm，进给量0.1～0.15 mm/r，粗加工后的表面粗糙度要达到Ra1.6。

查手册可得粗加工切削速度为：车削φ12 mm 外圆时，切削速度小于1 335 r/min，结合所选用CA7150 车床，选定切削速度为1 000 r/min。按照该方法可得到车削φ17 mm 外圆时，选定切削速度为800 r/min。精加工的切削速度按照上述方法可得到车削φ12 mm 外圆时，切削速度为900 r/min，车削φ17 mm 外圆时，选定切削速度为700 r/min。

2）磨削用量的计算。根据加工零件的特点，砂轮的速度可选择V1=30 m/s；查手册可知工件的圆周速度V2=V1×60×（0.01～0.012 5）=18～22.5 m/s，工件圆周速度的选择可根据实际零件加工时的直径大小来调整。

磨削深度的计算可分为粗磨削和精磨削两步，经查手册粗磨削的磨削深度可取0.03～0.05 mm，精磨削的磨削深度可取0.005～0.010 mm。

由以上分析的工件粗磨余量0.12 mm，粗磨深度范围0.03～0.05 mm，所以粗磨可分3 次进行，其粗磨削深度依次为：0.05 mm，0.04 mm，0.03 mm。工件的精磨余量为0.015 mm，精磨深度范围0.005～0.010 mm，所以精磨可分2 次进行，其精磨削深度依次为：0.010 mm，0.005 mm。

实际加工操作时可根据以上的加工余量进行加工，并可结合具体的加工设备进行合理地修改，做到精细化控制以得到高质量的产品。

3 结语

通过对高精度曲柄轴机械加工工艺的分析，初步拟定了其机械加工工艺路线，并结合零件的材料、结构特点和生产批量编订了合理的加工工艺流程。另外，对每道工序的加工用量都进行了详细的分析和计算，从而很好地指导了工人的实际操作。严格、精细的工艺流程控制是确保曲柄轴加工精度的前提和基础。该工艺分析制定的过程对同类零件的加工具有很好的借鉴和推广意义。

［1］曾茂燕.高精度曲柄轴加工工艺分析［J］.装备制造技术，2012（3）：51-53.

［2］成大先.机械设计手册［M］.5 版.北京:化学工业出版社，2011.