談發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工工藝技術(shù)

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摘要：隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及居民生活水平的不斷提高，對(duì)汽車的需求大幅度攀升，在汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的同時(shí)，推動(dòng)著汽車零配件產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。曲軸是汽車的核心部件，直接影響著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和動(dòng)力性。發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫、高壓、高速等特征，使得每個(gè)零部件都要經(jīng)過(guò)精度加工。曲軸作為核心的零部件，受到極大的沖擊，所以曲軸材質(zhì)的選擇以及加工質(zhì)量和精度的選擇的要求更高。曲軸加工的設(shè)計(jì)方法、生產(chǎn)設(shè)備的選擇，對(duì)曲軸加工工藝會(huì)產(chǎn)生重要的影響。本文對(duì)曲軸的加工工藝技術(shù)設(shè)計(jì)原則與加工工藝特點(diǎn)進(jìn)行初步的探討，著重地分析了發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的加工工藝技術(shù)，希望可以進(jìn)一步提高曲軸加工工藝水平和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；曲軸加工；工藝技術(shù)

1曲軸的加工工藝技術(shù)設(shè)計(jì)原則與加工工藝特點(diǎn)

首先，是曲軸的加工工藝技術(shù)設(shè)計(jì)原則。一方面，優(yōu)化切削刃布置，提高切削面精度以及光滑程度。發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)給曲軸帶來(lái)巨大的沖擊力，由于曲軸還要承擔(dān)動(dòng)力傳遞的任務(wù)，加大了曲軸加工的難度。所以，要保證曲軸部件的穩(wěn)定性，保證曲軸加工的質(zhì)量與一致性。另一方面，曲軸的技術(shù)人員要加強(qiáng)對(duì)曲軸技術(shù)與設(shè)計(jì)的深入研究，完善曲軸加工的各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高曲軸加工的整體效率與質(zhì)量。其次，是曲軸的加工工藝特點(diǎn)。第一，曲軸的形狀復(fù)雜。曲軸的不同中心線不在同一水平線上，具有一定的偏心距離。由于曲軸軸頸對(duì)平衡感以及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)位置的要求，在曲軸加工工藝的設(shè)計(jì)中，針對(duì)連桿軸頸，在進(jìn)行偏心夾具的規(guī)劃時(shí)，要盡量使中心線重合，再連接其他軸頸。第二，曲軸的剛性差。曲軸具有較大的長(zhǎng)直徑和復(fù)雜的曲柄結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致曲軸的剛性較差。為了盡量減少曲軸在切削力下的變形，曲軸的加工工藝設(shè)計(jì)中，合理安排工序，針對(duì)粗加工中的變形，一步步地提高加工的精度。粗加工具有更大的切削力，必須提高曲軸加工的剛性，盡量減少部件的變形。第三，曲軸加工的技術(shù)要求較高。曲軸在加工過(guò)程中對(duì)尺寸、形狀、位置等具有較高的要求，加工工藝技術(shù)較復(fù)雜，要充分考慮不同加工方式的配置情況，合理配置粗加工、半精加工以及精加工的技術(shù)，在兩側(cè)確定中心孔時(shí)，盡量選擇精加工，降低粗加工的精度誤差。

2曲軸的加工工藝技術(shù)

2.1中心孔技術(shù)、粗加工技術(shù)

首先，是兩端中心孔的加工技術(shù)。定位基準(zhǔn)中心孔是曲軸加工過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，也是影響曲軸加工質(zhì)量的重要因素。曲軸中心孔的加工方式主要有兩種選擇，毛坯幾何確定中心孔與質(zhì)量確定中心孔，兩者加工方式的選擇具有異質(zhì)性。在選擇具體的加工方式確定中心孔時(shí)，技術(shù)人員要對(duì)曲軸的具體情況進(jìn)行綜合的考察分析，做出科學(xué)的選擇。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)曲軸的中心孔的確定多選擇毛坯幾何的方式，在確定中心孔時(shí)，要對(duì)毛坯的質(zhì)量進(jìn)行綜合的評(píng)估分析，當(dāng)能夠有效的控制毛坯的質(zhì)量處于穩(wěn)定的較高水平狀態(tài)，出于控制曲軸加工設(shè)備成本的角度，可以采取毛坯幾何確定中心孔的方法。若不能有效的控制毛坯的質(zhì)量或者使毛坯具有一致性，則可以采取質(zhì)量方法確定中心孔，但此種方法的成本較高。同時(shí)，采取毛坯幾何確定中心孔，使得曲軸加工時(shí)無(wú)法保證動(dòng)平衡，降低曲軸加工的質(zhì)量以及家具的使用時(shí)間。在進(jìn)行平衡試驗(yàn)的過(guò)程中，嚴(yán)重影響了曲軸的加工節(jié)奏，不利于提高曲軸的加工效率。國(guó)外在選擇確定中心孔的方法上多為質(zhì)量定心，有效保證中心的動(dòng)平衡，運(yùn)用專業(yè)的設(shè)備尋找質(zhì)量中心，利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，有效地提高了曲軸加工的效率，并解決了毛坯幾何無(wú)法保證動(dòng)平衡的問(wèn)題。其次，是粗加工技術(shù)。曲軸的粗加工工藝具有多種形式，譬如數(shù)控車削、數(shù)控高速內(nèi)、外銑技術(shù)以及車?yán)夹g(shù)等。曲軸的粗加工技術(shù)方案的選擇要綜合考慮曲軸的結(jié)構(gòu)特性以及生產(chǎn)預(yù)算等要求，在此前提下，才能實(shí)現(xiàn)曲軸粗加工技術(shù)的合理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的投資效果。第一，曲軸的數(shù)控車削技術(shù)是一種高效率的曲軸主軸頸同心部位的加工方法。由于曲軸加工時(shí)存在的旋轉(zhuǎn)離心力，導(dǎo)致夾具極易出現(xiàn)松動(dòng)，因此對(duì)道具具有更高的要求。第二，車?yán)且环N組合加工方法，將車削與車?yán)M(jìn)行緊密結(jié)合，統(tǒng)一固定在同一個(gè)刀盤(pán)的外圓周上，在曲軸旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中不斷的調(diào)整加工的刀片。車削刀片與車?yán)ぞ叩闹饕饔貌煌囅鞯镀饕\(yùn)用于粗加工切削，二車?yán)谰咧饕糜诰庸で邢鞯牟僮髦小５谌?，?shù)控高速內(nèi)銑具有更強(qiáng)的剛性和更好的削斷屑效果，特別是對(duì)于鍛鋼曲軸而言，是一種先進(jìn)的曲軸連桿頸粗加工方法。第四，數(shù)控高速外銑技術(shù)是一種更適合平衡塊兩側(cè)曲軸的加工方法，具有更快的切削速度以及較小的切削力，刀具使用時(shí)間更長(zhǎng)，具有更高的靈活性和更高的生產(chǎn)效率。

2.2基準(zhǔn)的選擇

基準(zhǔn)的選擇是影響曲軸加工工藝效果的重要因素，基準(zhǔn)面的選擇要綜合考慮多方面的因素，基準(zhǔn)面的選擇越合理，會(huì)提升曲軸加工的質(zhì)量，提高生產(chǎn)速度。若基準(zhǔn)面的選擇缺乏合理性，會(huì)導(dǎo)致曲軸加工過(guò)程中出現(xiàn)各種漏洞，更有甚者會(huì)導(dǎo)致曲軸零件的報(bào)廢，不利于曲軸加工的生產(chǎn)進(jìn)程。基準(zhǔn)的選擇主要包括兩種：粗基準(zhǔn)以及精基準(zhǔn)的選擇。首先，在粗基準(zhǔn)的選擇上，針對(duì)曲軸要求水平較低的，可以選擇曲軸的外圓當(dāng)作粗基準(zhǔn)，針對(duì)曲軸要求水平較高的，在粗基準(zhǔn)的選擇上，必須使中心孔與面的中心相結(jié)合，盡量縮小軸頸距離。針對(duì)曲軸曲柄的基準(zhǔn)選擇上，由于毛坯的模鍛成型的特性，使得曲柄的制造精度可以滿足數(shù)據(jù)的需求，在具體的生產(chǎn)過(guò)程中可以適當(dāng)調(diào)整程序。曲軸的曲柄部位使曲軸軸承方位的重要的確定標(biāo)準(zhǔn)，合理地選擇曲柄部位，可以降低曲柄的位置偏離度。其次，在對(duì)精基準(zhǔn)進(jìn)行篩選時(shí)，生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)偏差是重要的考慮因素，在選擇位置時(shí)要盡量做到以下幾點(diǎn)：第一，堅(jiān)持基準(zhǔn)一致原則，即在進(jìn)行生產(chǎn)前已經(jīng)明確了基準(zhǔn)數(shù)據(jù)后，則不再改變；第二，堅(jiān)持統(tǒng)一基準(zhǔn)原則，盡量地讓每一個(gè)加工表面選擇統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，充分保證不同加工表面的精度；第三，堅(jiān)持自為基準(zhǔn)原則，利用生產(chǎn)的部件作為生產(chǎn)的判定標(biāo)準(zhǔn)，提高生產(chǎn)速度。

2.3深油孔加工以及圓角滾壓強(qiáng)化技術(shù)

首先，是深油孔加工技術(shù)。深油孔加工是曲軸加工中的重點(diǎn)難題，特別是對(duì)鍛鋼材料曲軸加工而言。深油孔通過(guò)傾斜將連桿頸和主軸頸聯(lián)系，以細(xì)長(zhǎng)孔的方式存在，大約直徑在5-9mm。MQL槍鉆技術(shù)具有較高的加工效率，減少對(duì)環(huán)境的污染，是解決深油孔問(wèn)題的一個(gè)有效方法。在鉆深油孔時(shí)，選擇與曲軸尺寸相適應(yīng)的專用鉆套是具有關(guān)鍵作用的，相適應(yīng)的尺寸具體表現(xiàn)為，內(nèi)外直徑的而最大誤差在2um,軸面的最大跳動(dòng)范圍是5um，底部的距離小于等于0.5mm。同時(shí)，鉆頭與鉆套的間距，要求在3-8um之間。其次，是圓角滾壓強(qiáng)化技術(shù)。其具體的使用程序是在曲軸半精加工以后，主要是沉割槽圓角的滾壓。利用小滾輪，在曲軸內(nèi)部形成滾壓塑性變形區(qū)，施加壓力。圓角滾壓強(qiáng)化技術(shù)，隨著可以的不斷發(fā)展，技術(shù)日漸成熟，具有較高的加工效率，并且成本較低，具有極強(qiáng)的靈活性。同時(shí)，圓角滾壓強(qiáng)化技術(shù)可以提高曲軸使用過(guò)程中抗強(qiáng)度能力，獲得更好的滾壓效果，提高鑄件與鋼件的疲勞強(qiáng)度。曲軸內(nèi)部形成的滾壓塑性變形區(qū)具有諸多優(yōu)勢(shì)：第一，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的拉應(yīng)力在一定程度上可以由滾壓塑性變形區(qū)產(chǎn)生的產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力抵消；第二，形成一個(gè)致密層，在提高曲軸抗疲勞程度的過(guò)程中提高硬度；第三，圓角滾壓強(qiáng)化技術(shù)可以提升曲軸表面的光滑度，降低表面的粗糙度。

2.4高速磨削與超精拋光技術(shù)

首先，是數(shù)控CBN高速磨削技術(shù)。數(shù)控CBN高速磨削技術(shù)是曲軸精加工必不可少的部分，具有更高的速度和效率。其中，“隨動(dòng)磨削”是一種更好的高速磨削手段，可以一次性的完成粗、半精及精磨削加工，省時(shí)、省力。在“隨動(dòng)磨削”技術(shù)下，簡(jiǎn)化了機(jī)床配置的系統(tǒng)與機(jī)械結(jié)構(gòu)，使得偏心夾具夾住工件的工作更加便利，在一定程度上提高的工作效率，降低了對(duì)工人經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的要求。同時(shí)，“隨動(dòng)磨削”使得補(bǔ)償系統(tǒng)具有更高的準(zhǔn)確性，軸頸之間的公差離散度降低，曲軸分級(jí)具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。其次，是超精拋光技術(shù)。拋光技術(shù)主要是針對(duì)已經(jīng)進(jìn)行精密磨削加工后的曲軸。部分精密加工后的曲軸表面仍然不夠光滑，存在毛刺，此時(shí)需要超精拋光技術(shù)。在采取超精拋光技術(shù)時(shí)，拋光方向的選擇應(yīng)與曲軸的磨削以及發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向一致。超精拋光技術(shù)具有效率高、精度高的特點(diǎn)，一定程度上可以保證軸頸的形狀不會(huì)發(fā)生變化，以及尺寸的一致性，降低部件的廢棄率，提高曲軸表面的光滑度。

3結(jié)語(yǔ)

汽車作為現(xiàn)代社會(huì)最重要的交通工具，具有數(shù)量大、普及范圍廣等特點(diǎn)，是備受社會(huì)青睞的交通工具。汽車行業(yè)的繁榮，為汽車零部件產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展提供了機(jī)遇。而曲軸作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)具有重要的作用。要加大對(duì)曲軸加工工藝技術(shù)的研究強(qiáng)度，明確曲軸加工工藝設(shè)計(jì)的原則、加工過(guò)程以及特點(diǎn)，對(duì)曲軸加工的工藝技術(shù)進(jìn)行針對(duì)性的探討，不斷的優(yōu)化曲軸加工的工藝技術(shù)，提高曲軸加工的工藝標(biāo)準(zhǔn)和加工質(zhì)量，更好的促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性，進(jìn)一步地提高汽車的工作性能。

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作者：申介朋 單位：揚(yáng)動(dòng)股份有限公司