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1、内燃机2000年第6期?15?4结论本系统的研制完全立足于国产化目标,通过实机运行考核,系统运行稳定、可靠,适用于发动机行业做缸内燃烧过程的测量和分析。系统组合与国外同类产品相当,性能良好,操作使用方便。采用光栅角标信号发生器使采样基本无漏码。因而,该系统在功能和性能方面达到了国外同类产品的先进水平,对从事内燃机设计、研制、生产开发工作的用户来说,具有广泛的应用前景。作者简介:段绍林,男,汉族,四川南充人,高工。6112曲轴国产化工艺设计段绍林,王仲(机械工业部第三设计院,重庆400039)摘要:介绍广西玉柴机器股份有限公司引进福特公司的YC 6112柴油机曲轴的生产纲领、制造工艺以及国产化设
2、计和国产化工艺流程。曲轴国产化为国家节约了大量外汇,具有显著的经济效益和社会效益。关键词:6112柴油机;曲轴;制造工艺中图分类号:TK 423.3+1文献标识码:B文章编号:1000-6494(2000)06-0015-05D esign of Nationa l ized Techn ique for 6112 Crankshaf tDUANShao2lin,WANG Zhong(T hird D esign and Research Institute,MMI,Chongqing400039,Ch ina)Abstract:T his paperintroducesp roducti o
3、n program,m anufacturingtechno logy,nati onalizeddesignand nati onalizedtechno logicalp rocess ofYC 6112 dieselenginecrank shaftimpo rtedbyGuangxiYuchaiMachinery Joint2stock Co.,L td.N ationalizati on of crank shaft econom izes on alarge num ber of fo reigncurrencyfor ourcountryand achieves remarkab
4、leeconom ic resultsinsociety.Key words:6112 diesel engine;crank shaft;m anufacturingtechnique玉柴 YC 6112 系列柴油机是引进福特公司的系列产品,6112 柴油机是福特公司发动机工程部历时四年开发成功的系列产品,1989 年投产。该系列产品功率118 246kW,转速 2000 2600r m in,扭矩 490 1175N?m,最大扭矩时燃油耗为200 225g kW?h,排放满足欧洲号标准,也能满足美国1991 年柴油机产品排放法规要求。整机一米噪声声压为98dB(A),配套的载重汽车、客车大
5、修里程可达80 万km。曲轴是内燃机最重要的零件之一,曲轴在工作中将活塞的往复运动转化成旋转运动,并且对外输出功率。曲轴在使用中的磨损是决定发动机是否需要大修的一个主要因素,如果曲轴质量没有保证,将严重影响曲轴的寿命和整机的可靠性。因此,必须确保曲轴具有较高的表面硬度、疲劳强度、耐磨性能,具有足够的抗拉强度、冲击韧性等良好的综加工技术名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 5 页 -合机械性能,以提高曲轴的使用寿命。1生产纲领玉柴 6112 曲轴材料为42C r M o 锻件毛坯。6112 曲轴生产纲领为45 000 根 年,长远发展生产纲领为70 000 根 年。?16
6、?内燃机2000年第6期2加工精度要求a.主轴颈85.65+0.004-0.019mm,表面粗糙度 Ra0.2 m,圆柱度 0.005 mm;b.连杆轴颈69.850.01mm,表面粗糙度 R a0.2 m,圆柱度 0.005mm;c.以 1、7 主轴颈为基准,任何一档主轴颈的全跳动为0.10mm,相邻主轴颈间的跳动量为0.05mm;d.连杆轴颈轴线对1、7 主轴颈的平行度为 0.01mm;e.止推面平面度0.013mm,表面粗糙度Ra0.3m,止推面对1、7 主轴颈垂直度0.03mm;f.曲轴半径66+0.09-0.01mm;g.曲轴动平衡后,不平衡量应小于或等于 36g?cm;h.轴颈感应
7、淬火,圆角滚压;i.曲轴总长979.7mm;j.曲轴中间主轴跳动小于1.02mm时,才允许校直,但只允许单向校直,淬硬后不允许校直。3工艺的制定3.1中心孔加工目前曲轴的中心孔加工主要有以下几种方法:几何中心孔法;质量中心孔法;几何中心孔+动平衡检测法,下面分别进行讨论。3.1.1几何中心孔法采用几何定心法加工曲轴中心孔时,以曲轴 1、7 主轴颈外圆作为径向粗基准,以中间主轴颈两侧面为轴向粗基准。这样加工出来的中心孔在曲轴的几何轴线上,称为几何中心孔。曲轴加工几何中心孔时,选用一台沈阳第三机床厂生产的ZB T821621 型铣端面打中心孔机床即可完成。目前国内大部分内燃机生产厂家都采用此方法,
8、其优点是设备简单、投资少,适用于毛坯精度较好的曲轴。当曲轴毛坯质量较差时,由于 6 缸机曲轴外型复杂,两端主轴颈外圆毛坯作为径向粗基准定位不准确等原因,使其几何中心线偏离质量中心线,造成初始不平衡量较大,从而造成曲轴在动平衡时去重太多,甚至无法达到动平衡的要求而报废。3.1.2质量中心孔法采用质量定心法加工中心孔时,必须先加工出两端面,在质量定心机上先对曲轴进行动平衡,找出曲轴的质量中心线,再按质量中心线钻出中心孔,这样加工出的中心孔称为质量中心孔。采用质量定心法加工曲轴的主要优点是:曲轴回转中心线与质量中心线重合,使曲轴初始不平衡量很小,转动惯量较小,有利于保持加工设备的精度,同时减少了曲轴
9、动平衡时的去重工作量,减少动平衡工序时间,提高动平衡合格率。其缺点是质量定心相对几何定心来讲,工序要多一次,设备多一台,而且质量定心设备的投资金额是几何定心设备投资金额的数倍。此外,质量中心孔对毛坯几何精度要求很高,否则由于毛坯余量分配不均,形位精度差,将造成毛坯质量中心与成品质量中心产生较大偏差而得不到理想效果。3.1.3几何中心孔+动平衡检测法由于质量定心法设备昂贵,日本丰田公司采用了一种几何中心孔+动平衡检测工艺加工技术名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 5 页 -方法,其流程是:先在曲轴上钻出几何中心孔,再以此中心孔定位来测量曲轴的初始不平衡量,并由合格与超差
10、判断装置进行鉴别,将合格的曲轴送至下道工序,将超差的曲轴送至超差品递送装置上。当超差品连续发生,超过预定数量时,则发出该批曲轴超差的讯号,这时,超差品递送装置中的工件由中心孔位置检测装置来进行检查,根据检测结果找出该批曲轴超差的原因,并向中心孔机床发出加工基准夹紧位置调整的指令,同时把检测后得到的超差数量送入计算机,进行加工基准夹紧位置数量的计算,并按照计算所得到的调整数量,自动调整中心孔机床的加工基准夹紧装置与中心孔刀具的相对位置,使以后加工的曲轴达到合格水平。该工艺的实质是使加工出的中心孔的位置向质量中心线趋近,所以该工艺比质量定心工艺差,但是比几何定心工艺有较大的改进,其设备投资也介于几
11、何定心和质量定心之间。综上所述,由于国内现阶段曲轴毛坯质量较差,加工余量分配不均,为保证加工质量,6112 曲轴国产化工艺选用质量中心孔法加工。内燃机2000年第6期?17?3.2粗加工工艺的选择粗加工工艺有:我国传统的多刀车床车削工艺、车拉工艺、内铣工艺、车车拉工艺。3.2.1多刀成型车削工艺工艺流程:车中间主轴颈磨中间主轴颈 多刀车其余各主轴颈及油封外圆、齿轮外圆等 粗磨主轴颈车 2、5 连杆颈 车 3、4 连杆颈 车 1、6 连杆颈 粗磨连杆颈。目前我国大多数发动机厂均采用此工艺生产曲轴。此工艺的特点是工艺流程长、设备投资低。但是,采用以S12206 曲轴主轴颈多刀车床及S12217 曲
12、轴连杆颈多刀车床为主的车削工艺时,由于刀具为宽刀成型车削,带状切屑,而且为多刀同时加工,径向切削力大,在加工过程中使曲轴承受很大的切削力,容易产生较大变形。六缸柴油机粗加工后,中间主轴颈对两端主轴颈的跳动量可以高达1 mm 以上。为了使后续工序能继续加工,往往经过几道校直工序,严重影响曲轴的加工精度。曲轴在加工过程中,通常不允许冷校直,冷校直后曲轴会产生附加内应力,虽然校直时达到了跳动量的要求,可以继续加工,但经过一段时间后,曲轴内应力重新分布,弹性恢复,又破坏了原来的加工精度,严重的甚至产生校直裂纹而报废。为了稳定地保证曲轴加工质量,应控制曲轴粗加工变形或减少粗加工变形量,故不采用传统多刀成
13、型车工艺。3.2.2内铣工艺曲轴内铣工艺是20 世纪 80 年代末开发出来的曲轴粗加工工艺,内铣刀旋转作主切削运动,利用展成法来加工曲轴的主轴颈及连杆颈,由于生产厂家不同,在加工过程中曲轴 有 不 转 动 的(如 奥 地 利 GFM公 司 的FKP 20 型曲轴内铣床),也有曲轴缓慢转动作进 给 运 动 的(如 德 国H ELL ER公 司 的DR Z400 型曲轴内铣床)。在加工过程中曲轴承受的径向力较小且有中心架支承,铣削加工出的切屑是小片状切屑,使曲轴粗加工的变形大大减少。经内铣后,主轴颈及连杆轴颈直径为 0.12mm,开档为 0.1mm,曲轴中间主轴颈对两端主轴颈的跳动可控制在0.5m
14、m 左右,毛坯余量大时,内铣也同样可以加工。不足之处是,由于内铣采用展成法,加工出来的主轴颈及连杆轴颈为多面柱体组成,圆柱度不如车削加工好,内铣床设备投资昂贵。3.2.3车拉及车车拉工艺车拉及车车拉工艺是先进工业国家20世纪 90 年代初研制开发成功的新工艺。曲轴车拉加工时,曲轴旋转产生主切削运动,刀具加工技术名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 5 页 -旋转产生进给运动,每一刀片只完成很小一部分切削工作,一个轴颈加工有几十个刀片参加切削,其切屑很小,加工过程中还有中间支承,切削力很小,加工平稳性好,热负荷小,刀具寿命长,加工效率高,曲轴变形量很小。车拉与车车拉的不同
15、之处在于,车车拉床刀具可轴向进给,而车拉则不能(有些外国公司称可少量轴向进给,用来加工沉割槽)。经车车拉加工后曲轴可达到的精度如下:主轴颈及 连 杆 轴 颈 直 径 为 0.08mm,宽 度 为 0.08mm,中间主轴颈为两端主轴颈跳动为 0.15mm,已经达到或超过粗磨的精度,经过车车拉后,曲轴可以省去粗磨工序。可以说车车拉工艺就是车削加上车拉工艺,机床有一定柔性,适应范围较大,但不适应于毛坯很差的曲轴。综上所述,由于玉柴6112 曲轴毛坯采用热模锻压力机生产,其精度不是很差,因此我们选用车车拉工艺做为曲轴粗加工工艺,其设备简单、可靠,投资少于内铣。3.3磨削工艺的选择由于目前国产曲轴磨床只
16、能达到圆度0.01mm、圆柱度0.01mm、表面粗糙度R a0.8 m,不能达到6112 曲轴的精度要求,故决定全部采用德国NA XO S公司的数控曲轴磨床,对主轴颈、连杆颈及大小头轴颈进行磨削。该类设备采用高速切入式成型磨削技术,工件自动定位,自动夹紧,砂轮架自动对中,中心架跟踪,砂轮自动修整,砂轮自动动平衡,自 动 补 偿、自 动 换 挡。检 测 时 采 用 了M arposs 公司的主动检测技术,对工件进行在线检测,保证了曲轴的加工精度。关于主轴颈连杆颈大小头,或连杆颈主轴颈大小头两种磨削顺序,应由加工精度要求来确定,前者利于保证曲轴偏心距的尺寸精度,后者利于轴颈跳动量的保证。?18?内
17、燃机2000年第6期3.4曲轴油道孔加工曲轴油道孔的加工,目前传统的麻花钻表1机械加工工艺过程工序号工序名称及内容设备00锻坯10粗、精铣两端面BU2081卧双专用铣床20打质量中心孔626KBRZ(德国申克公司)30粗、精车小端阶梯外圆CK3263 150040粗、精车大端阶梯外圆CK3263 150050铣工艺基准面BU2082专用铣床60车拉主轴颈BU245 2(德国Hegenscheidt公司)70车拉一、六连杆颈BU245 2(德国Hegenscheidt公司)80车拉二、五连杆颈BU245 2(德国Hegenscheidt公司)90车拉三、四连杆颈BU245 2(德国Hegensc
18、heidt公司)100中检110钻各斜油孔及直油孔4BES200250 CNC(德国N agel公司)120倒各油孔孔口角Z3040130清洗曲轴专用清洗机140中检150热处理160圆角滚压并校直789124NC(德国Hegenscheidt公司)170加工大小头孔孔加工自动线180精车中心孔锥面BU2083修中心孔专机190中检200磨主轴颈及止推面RMA 400 1250 CNC2S(德 国NAXO S公司)210磨连杆颈KA 500 1250 CNC(德国NAXO S公司)220切磨大小头(RFSD)450 20 201000 CNC2S(德国NAXO S公司)230铣键槽及攻定位孔螺
19、纹铣攻专用机床240手工抛光油孔口、去毛刺气动砂轮250中检260加工3.9小孔专用电火花机床270磁力探伤并退磁磁力探伤机280动平衡520SBRK(德国Schenck公司)290清洗曲轴专用清洗机300抛光UF102100K86S(德国N agel公司)310清洗定位专用清洗机320终检综合检测机加工技术名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 5 页 -加工不少已与油孔液体喷丸合用,以改善表面粗糙度。枪钻油孔、油孔口圆弧倒角、油孔口切口砂片抛光、电腐蚀去油孔交接处毛刺、液体喷砂清洗油孔,使油孔的质量、工艺得到全面提高,6112 曲轴油孔采用德国NA GEL公司 CN
20、C 枪钻机床加工。3.56112 曲轴国产工艺流程经过上述关键工艺的研讨,我们制定出6112 曲轴的国产工艺流程,见表 1。内燃机2000年第6期?19?4工艺特点a.曲轴的粗加工采用车拉工艺,设备引进西德H egenscheidt公司的数控机床。采用车拉工艺后,可以有效地减少曲轴加工变形量,经车拉后曲轴的精度可达到粗磨水平,为曲轴的精加工提供了有效的工艺保证。b.曲轴的磨削设备采用德国NA XO S公司生产的数控曲轴主轴颈磨床和数控曲轴连杆颈磨床、数控曲轴大小头双砂轮切入式磨床。该类机床可以自动测量,自动补偿,自动修整砂轮,自动在一次装夹中完成半精磨、精磨工序。c.曲轴轴颈圆角采用H ege
21、nscheidt公司的圆角滚压机滚压,轴颈表面采用中频淬火。曲轴经过表面强化处理后,钢曲轴寿命可提高 70%150%。d.曲轴的超精加工采用抛光工艺,设备引进德国 N agel 公司生产的曲轴专用抛光机。该机可以同时抛光曲轴主轴颈、连杆颈及其止推面、圆角,抛光后粗糙度可提高一大级。e.曲轴动平衡先采用德国Schenck 公司的全自动质量定心机定质量中心孔,再采用Schenck 公司的全自动动平衡机进行精平衡,该机床可以自动平衡、自动去重。f.曲轴加工质量是否达到了要求,必须对曲轴几何精度、尺寸精度进行检测,为此采用北京航空工艺研究所生产的曲轴自动综合检测机。g.曲轴的最终清洗采用定点、定位高压
22、清洗机,以保证曲轴的清洁度。5结论6112 曲轴生产线在1995 年经竣工验收后,已投入正常生产,加工出的曲轴完全符合产品图要求,国产曲轴与进口同类曲轴相比,成本要低30%左右,按设计纲领计算,每年可为工厂降低成本4000 多万元,同时为国家节约大量的外汇。因此,曲轴国产化具有显著的经济效益和良好的社会效益。欢迎订阅2001年 新疆农机化新疆农机化主要报道以新疆为主的西部干旱灌溉农业机械化技术;介绍新疆地方和生产建设兵团大型机械化农场农机化工作的新经验、新技术;交流大中型农机具及农牧产品加工设备的使用、维修经验。设有开发研究、新技术新产品、兵团农机化、棉田机械化、畜牧机械、节水灌溉、农牧产品加工等20多个栏目。本刊被评为全国农机优秀科技期刊、全国中文核心期刊。新疆农机化为双月刊,标准大16开,全国公开发行,每期定价4元,全年24元。本刊自办发行,读者可直接向本刊编辑部订阅。编辑部地址:新疆乌鲁木齐市南昌南路1号邮编:830091电话:(0991)4526244传真:(0991)4512850加工技术名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 5 页 -