一种可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法

摘要

本发明提供了一种可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法，属于机械加工技术领域。它解决了现有的汽油机曲柄结构复杂、高速振动螺栓垫圈易松动脱落、占空间大、重量重等问题。这种可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法，包括以下步骤：A、加工曲柄销半成品；B、发黑处理；C、压装。本发明的加工方法步骤少、且步骤简单易控制，可操作性强，提高了及格率，并能有效的保证压装后汽油机曲轴的精度以及相对极限扭矩。

权利要求

1.一种可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法，该方法包括以下步骤：

A、加工曲柄销(3)半成品：选择合金结构钢或轴承钢制成曲柄销(3)半成品，然后对曲柄销(3)半成品进行渗碳淬火或直接淬火，渗碳淬火或淬火后进行精磨；

B、发黑处理：将步骤A中经过精磨后的曲柄销(3)半成品浸入到酸性发黑液中，在酸性发黑液中浸泡后得到曲柄销(3)成品；其中，所述的酸性发黑液的组成成分为：H3PO4：50～

150g/L，硫酸：600g/L～1200g/L，CrO3：50～150g/L，其余为水；曲柄销(3)半成品浸入时间为80～150分钟，浸入的温度为50～100℃；或者是所述的酸性发黑液的组成成分为：CuSO4·5H2O：3～8g/L，CrO3：1.5～3.5g/L，NH4C：4～9g/L，葡萄糖酸钠：1～8g/L，平均分子量为400的聚乙二醇：2～5ml/L，使发黑液的PH值为1.5～2.5的酸，乙二胺四乙酸二钠：0.2～0.5g/L，葡萄糖：5～8g/L，曲柄销(3)半成品浸入时间为8～14分钟，浸入的温度为常温；

C、压装：选用普通的曲柄、连杆(4)、滚针轴承(5)的成品与步骤B中经过发黑处理后的曲柄销(3)成品进行配合压装，压装得到曲轴。

2.根据权利要求1所述的可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法，其特征在于：步骤A中所述的合金结构钢的材料为20CrMo钢材料，所述的轴承钢的材料为GCr15钢材料。

3.根据权利要求1或2所述的可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法，其特征在于：步骤A中所述的渗碳淬火或淬火在热处理网带炉中进行，渗碳淬火或淬火温度为850～

870℃，渗碳淬火或淬火后曲柄销(3)半成品硬度为HRC55～69。

4.根据权利要求1所述的可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法，其特征在于：步骤C中的配合压装具体过程为：将曲柄销(3)的一端压入曲柄的偏心孔，然后在曲柄销(3)上依次套设滚针轴承(5)和连杆(4)。

5.根据权利要求4所述的可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法，其特征在于：步骤C中所述的曲柄包括左曲柄(1)和右曲柄(2)，配合压装具体过程为：将曲柄销(3)一端压入左曲柄(1)或右曲柄(2)的偏心孔，再将滚针轴承(5)和连杆(4)依次套设在曲柄销(3)上，最后将右曲柄(2)或左曲柄(1)压装在曲柄销(3)的另一端。

6.根据权利要求1或4或5所述的可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法，其特征在于：步骤C中所述的曲柄销(3)与曲柄配合为过盈配合，其过盈量为0.06～0.08mm。

说明书

一种可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种通用小型汽油机曲轴加工方法，尤其涉及一种可提高部件间扭矩的曲轴加工方法，属于机械加工技术领域。

背景技术

[0002] 通用小型汽油机曲轴与大型内燃机曲轴的不同之处在于：大型内燃机曲轴一般为曲轴与曲柄销整体锻造或铸造，曲轴与曲柄销之间的相对极限扭矩受材料本身的强度影响；而通用小型汽油机曲轴由钢质材料的左曲柄、右曲柄、曲柄销、连杆和滚针轴承静配合压装构成，其中曲柄销的两端分别与右曲柄和左曲柄的偏心内孔相连接。曲柄和曲柄销之间的相对极限扭矩受配合的过盈量影响。设计要求的静配合过盈量偏小，会使极限扭矩不达标影响曲轴的动平衡，进而影响汽油机性能；设计要求的静配合过盈量偏大，极限扭矩虽然达标，但是会影响曲轴安装后的精度，从而也会影响汽油机的性能。

[0003] 如中国专利(专利号：ZL93232056.2)小型汽油机曲柄连杆总成，设有曲柄、曲柄销、连杆和滚针轴承，其中连杆与曲柄的联接由曲柄销一端与曲柄上的曲柄销孔过盈连接，另一端用紧固螺栓将挡垫压靠在曲柄销上来实现。虽然具有安装精度高、使用寿命长、维修方便等优点，但是由于增加了紧固螺栓及挡垫使结构复杂、高速振动螺栓垫圈易松动脱落、占空间大、重量增加等缺点，不适合通用小型汽油机转速高、重量轻、结构简单小巧等特点的要求。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种使同一规格曲轴的曲柄与曲柄销配合过盈量相等的状态下，提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法。

[0005] 本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法，该方法包括以下步骤：

[0006] A、加工曲柄销半成品：选择合金结构钢或轴承钢制成曲柄销半成品，然后对曲柄销半成品进行渗碳淬火或直接淬火，渗碳淬火或淬火后进行精磨；

[0007] B、发黑处理：将步骤A中经过精磨后的曲柄销半成品浸入到酸性发黑液中，在酸性发黑液中浸泡后得到曲柄销成品；

[0008] C、压装：选用普通的曲柄、连杆、滚针轴承的成品与步骤B中经过发黑处理后的曲柄销成品进行配合压装，压装得到曲轴。

[0009] 本发明对曲柄销半成品进行渗碳淬火或淬火的目的是为了提高曲柄销半成品的硬度，而精磨是为了提高曲柄销半成品粗糙度及尺寸形位公差精度，精磨后曲柄销半成品的粗糙度为0.2～0.3Ra，作为优选，曲柄销半成品的粗糙度为0.2Ra。在粗糙度、精度和硬度达标的曲柄销半成品上发黑处理，既不会影响连杆与滚针轴承之间的滚动摩擦，又可在和曲柄、连杆、滚针轴承等零部件压装成曲轴后应力释放的过程中增强压装后与曲柄的摩擦力，从而使曲柄与曲柄销之间的相对扭矩提高。

[0010] 为了使发黑处理效果更好，可以在发黑前对曲柄销进行水洗、脱脂等处理，发黑处理后再进行水洗、吹干等处理。现有技术的发黑处理目的是为了防止钢铁生锈，而本发明却利用了发黑处理所产生的氧化膜层压入曲柄后所增大的摩擦力。发黑处理后的曲柄销表面产生色泽乌黑的氧化膜层，将此曲柄销和曲柄等零部件压装后，提高了曲柄销和曲柄之间的摩擦力，从而使曲柄与曲柄销之间的相对极限扭矩增大。

[0011] 在上述的可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法中，步骤A中所述的合金结构钢的材料为20CrMo钢材料，所述的轴承钢的材料为GCr15钢材料。

[0012] 20CrMo钢热强性较高，淬透性较好，无回火脆性，冷应变塑性、可加工性及焊接性均良好，一般在调质或渗碳淬火状态下使用。其化学成分如表1所示：

[0013] 表1：20CrMo钢材料的化学成份(重量百分含量)

[0014]

[0015] GCr15钢是一种合金含量较少、具有良好性能的高碳铬轴承钢。经过淬火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。其化学成分如表2所示：

[0016] 表2：GCr15钢材料的化学成份(重量百分含量)

[0017]

[0018] 在上述的可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法中，步骤A中所述的渗碳淬火或淬火在热处理网带炉中进行，渗碳淬火或淬火温度为850～870℃，渗碳淬火或淬火后曲柄销半成品硬度为HRC55～69。作为优选，渗碳淬火或淬火后曲柄销半成品硬度为HRC60～64。

[0019] 在上述的可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法中，步骤B中所述的酸性发黑液的组成成分为：H3PO4：50～150g/L，硫酸：600g/L～1200g/L，CrO3：50～150g/L，其余为水；曲柄销半成品浸入时间为80～150分钟，浸入的温度为50～100℃。

[0020] 在上述的可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法中，步骤B中所述的酸性发黑液的组成成分还可以为：CuSO4·5H2O：3～8g/L，CrO3：1.5～3.5g/L，NH4C：4～9g/L，葡萄糖酸钠：1～8g/L，平均分子量为400的聚乙二醇：2～5ml/L，使发黑液的PH值为1.5～2.5的酸，乙二胺四乙酸二钠：0.2～0.5g/L，葡萄糖：5～8g/L，曲柄销半成品浸入时间为
8～14分钟，浸入的温度为常温。

[0021] 上述两种不同的酸性发黑液都可以使得曲柄销表面形成具有一定黑度和光亮度的氧化膜，该氧化膜可增强曲轴中曲柄销和曲轴之间的摩擦力，从而使曲柄和曲柄销之间的相对扭矩提高30％以上。

[0022] 在上述的可提高曲柄与曲柄销扭矩的曲轴加工方法中，步骤C中的配合压装具体过程为：将曲柄销的一端压入曲柄的偏心孔，然后在曲柄销上依次套设滚针轴承和连杆。

[0023] 作为优选，步骤C中所述的曲柄包括左曲柄和右曲柄，配合压装具体过程为：将曲柄销一端压入左曲柄或右曲柄的偏心孔，再将滚针轴承和连杆依次套设在曲柄销上，最后将右曲柄或左曲柄压装在曲柄销的另一端。

[0024] 作为优选，步骤C中所述的曲柄销与曲柄配合为过盈配合，其过盈量为0.06～0.08mm。

[0025] 综上所述，本发明具有以下优点：

[0026] 1、本发明的加工方法在压装前对曲柄销进行渗碳淬火、精磨和发黑处理，使得与曲柄装配后两者之间的摩擦力增大，于是在相同规格的曲轴的曲柄和曲柄销配合过盈相等的状态下，压装后曲轴的曲柄与曲柄销极限扭矩高于普通曲轴的曲柄与曲柄销极限扭矩，从而大大的提高了产品的合格率。

[0027] 2、本发明的加工方法步骤少，且步骤简单易控制，于是该加工方法不仅具有简单易行、可操作性强；而且可有效的保证压装后通用汽油机曲轴的精度以及相对极限扭矩。

附图说明

[0028] 图1是本发明压装后曲轴的结构示意图。

[0029] 图2是本发明加工方法的工艺流程图

[0030] 图中，1、左曲柄；2、右曲柄；3、曲柄销；4、连杆；5、滚针轴承。

具体实施方式

[0031] 以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

[0032] 实施例1

[0033] 选取20CrMo合金结构钢材料，普通车床上进行加工成曲柄销3半成品，使其尺寸公差达到曲柄销3半成品的技术要求，再将曲柄销3半成品进行渗碳淬火处理；渗碳在热处理网带炉中进行，加温至860℃，淬火后曲柄销3半成品的硬度如表2所示，淬火后的曲柄销3半成品采用外圆磨床、珩磨机对其进行精磨，精磨后曲柄销3半成品粗糙度如表3所示。

[0034] 对淬火和精磨后的曲柄销3半成品经过中温水洗、脱脂、水洗、酸洗、水洗等发黑前处理后。再进行发黑处理。其中发黑处理的具体方法为：将曲柄销3半成品完全浸入到酸性发黑液中，酸性发黑液的组成成分为：H3PO4：100g/L，硫酸：1000g/L，CrO3：100g/L，其余为水；曲柄销3半成品浸入时间为120分钟，浸入的温度为80℃。发黑处理后经过水洗、吹干等发黑后处理得到曲柄销3成品。发黑处理后的曲柄销3表面形成一层氧化膜，形成的氧化膜具有耐腐能力和提高机械强度的特性。

[0035] 取成品左曲柄1、右曲柄2、滚针轴承5和连杆4零件与上述的曲柄销3进行配合压装，配合压装具体过程为：使用压力机将曲柄销3一端压入左曲柄1的偏心孔中，然后在曲柄销3上依次套设滚针轴承5和连杆4，最后将右曲柄2压装在曲柄销3的另一端上，压装后形成的曲轴的结构示意图如图1所示，整个加工方法的工艺流程图如图2所示，压装后曲柄销3与曲柄偏心孔的配合过盈量、测试次数以及扭矩如表4所示。

[0036] 实施例2

[0037] 选取GCr15轴承钢材料，普通车床上进行加工成曲柄销3半成品，使其尺寸公差达到曲柄销3半成品的技术要求，再将曲柄销3半成品进行淬火处理；淬火在热处理网带炉中进行，加温至860℃，淬火后曲柄销3半成品的硬度如表2所示，淬火后的曲柄销3半成品采用外圆磨床、珩磨机对其进行精磨，精磨后曲柄销3半成品粗糙度如表3所示。

[0038] 对淬火和精磨后的曲柄销3半成品经过中温水洗、脱脂、水洗、酸洗、水洗等发黑前处理后。再进行发黑处理。其中发黑处理的具体方法为：将曲柄销3半成品完全浸入到酸性发黑液中，酸性发黑液的组成成分为：CuSO4·5H2O：5g/L，CrO3：2.5g/L，NH4C：6g/L，葡萄糖酸钠：4g/L，平均分子量为400的聚乙二醇：3m1/L，使发黑液的PH值为1.5～2.5的硫酸，乙二胺四乙酸二钠：0.4g/L，葡萄糖：6g/L，曲柄销3半成品浸入时间为12分钟，浸入的温度为常温。

[0039] 发黑处理后经过水洗、吹干等发黑后处理得到曲柄销3成品。发黑处理后的曲柄销3表面形成一层氧化膜，形成的氧化膜具有耐腐能力和提高机械强度的特性。

[0040] 取成品左曲柄1、右曲柄2、滚针轴承5和连杆4零件与上述的曲柄销3进行配合压装，配合压装具体过程为：使用压力机将曲柄销3一端压入左曲柄1的偏心孔中，然后在曲柄销3上依次套设滚针轴承5和连杆4，最后将右曲柄2压装在曲柄销3的另一端上，压装后形成的曲轴的结构示意图如图1所示，整个加工方法的工艺流程图如图2所示，压装后曲柄销3与曲柄偏心孔的配合过盈量、测试次数以及扭矩如表4所示。

[0041] 实施例3

[0042] 选取GCr15轴承钢材料，普通车床上进行加工成曲柄销3半成品，使其尺寸公差达到曲柄销3半成品的技术要求，再将曲柄销3半成品进行淬火处理；淬火在热处理网带炉中进行，加温至870℃，淬火后曲柄销3半成品的硬度如表2所示，淬火后的曲柄销3半成品采用外圆磨床、珩磨机对其进行精磨，精磨后曲柄销3半成品粗糙度如表3所示。

[0043] 对淬火和精磨后的曲柄销3半成品经过中温水洗、脱脂、水洗、酸洗、水洗等发黑前处理后。再进行发黑处理。其中发黑处理的具体方法为：将曲柄销3半成品完全浸入到酸性发黑液中，酸性发黑液的组成成分为：H3PO4：80g/L，硫酸：800g/L，CrO3：120g/L，其余为水；曲柄销3半成品浸入时间为140分钟，浸入的温度为60℃。发黑处理后经过水洗、吹干等发黑后处理得到曲柄销3成品。发黑处理后的曲柄销3表面形成一层氧化膜，形成的氧化膜具有耐腐能力和提高机械强度的特性。

[0044] 取成品左曲柄1、右曲柄2、滚针轴承5和连杆4零件与上述的曲柄销3进行配合压装，配合压装具体过程为：使用压力机将曲柄销3一端压入左曲柄1的偏心孔中，然后在曲柄销3上依次套设滚针轴承5和连杆4，最后将右曲柄2压装在曲柄销3的另一端上，压装后形成的曲轴的结构示意图如图1所示，整个加工方法的工艺流程图如图2所示，压装后曲柄销3与曲柄偏心孔的配合过盈量、测试次数以及扭矩如表4所示。

[0045] 比较例1

[0046] 现有普通的曲轴(曲柄销3未发黑处理)，对其曲柄销3与曲柄偏心孔的配合过盈量、测试次数以及扭矩如表4所示。

[0047] 表3

[0048]

[0049] 表4

[0050]

[0051] 从表2和表3可以看出：本发明对曲柄销3进行渗碳淬火、精磨和发黑处理，使得与曲柄装配后两者之间的摩擦力增大，于是在相同规格的曲轴的曲柄和曲柄销3配合过盈相等的状态下，压装后曲轴的曲柄与曲柄销3极限扭矩高于普通曲轴的曲柄与曲柄销3极限扭矩，从而大大的提高了产品的合格率。

[0052] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

[0053] 尽管本文较多地使用了左曲柄1、右曲柄2、曲柄销3、连杆4、滚针轴承5等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。