曲轴径向圆跳动误差的工艺试验

    1 概述

    在实际加工过程中影响加工质量的因素众多,我们将工艺系统作为一个整体,把零件加工前后的误差视为系统的输入和输出,并完全抛开对系统内部结构的研究,而将工艺系统视为/黑箱0来处理。这就引出了工艺链的基本理论。

    在工艺链中,前一工序的输出误差就是后一工序的输入误差,而整个工艺链正是通过每个工序将输入误差变为输出误差,一步步逐渐减小误差值,最后使其达到所要求的误差范围。

    曲轴是发动机中重要零件之一,其服役环境条件较差。根据实际要求,对尺寸等公差和主轴颈的径向圆跳动误差提出了很高的要求,如图1所示,跳动允差为0.03 mm。在生产实践中发现,由于曲轴较长,自身重量较大,再加上曲轴的/曲折性0,因此刚性较差。在加工过程中容易产生挠性弯曲,导致加工时径向圆跳动超差。另外,曲轴在氮化期间,由于炉温较高,达(570?5)e,而且保温时间较长(6 h左右),也易产生弯曲变形,也会导致曲轴径向圆跳动超差。

    曲轴径向圆跳动超差会严重影响发动机的主机性能,加剧轴颈的磨损,致使轴瓦损坏,最终使零件失效。目前在生产中,对氮化后的曲轴逐一测量主轴颈径向跳动值,误差在0.05 mm以上的采用冷校直的方法来修正。对跳动量较大的曲轴允许两次校直。曲轴氮化后冷校直存在明显的不足:一是冷校直存在较大的应力集中(虽经时效处理也不能完全去除应力),在发动机工作时受力与热的作用将恢复径向变形;二是冷校直降低了曲轴的疲劳强度。实践证明,曲轴冷校直是造成发动机断轴的重要原因之一。国内外许多发动机生产厂家已规定不允许或尽可能少的对曲轴进行冷校直。在这种情况下,研究如何控制和减小曲轴在加工过程中所产生的径向圆跳动误差,对于提高曲轴质量、延长使用寿命具有重要的实际意义。

    2 曲轴径向圆跳动误差的试验与分析

    根据工艺链理论,对于工艺链中的每一个工序,输出与输入误差之间大都存在着线性相关的关系。对于第n道工序,其输出误差eoj与输入误差eij之间的关系可表示成:

eoj= hjeij+ej(1)

    对于曲轴第n道工序加工后的径向圆跳动误差可改写成:

    式中,Doj是第n道工序加工后的径向圆跳动误差;hjDij是上道第(n-1)道工序径向圆跳动误差遗传到本工序的部分误差,其中hj为遗传系数;Dj是由本工序自身产生的径向圆跳动误差。

    我们以495Q型曲轴(如图1所示)作为试验对象,选择在生产现场做工艺试验,以便数据更符合生产实际。对曲轴径向圆跳动误差有影响的几道工序做工艺试验,分析误差产生的类型及遗传方式。曲轴径向圆跳动误差数值均为第三主轴颈的测量值。