一劍飄紅
0 `7 V1 ?+ T, z% W) m大俠你好, J! d @8 k4 c- A: [& ^" I
剛好，手邊有曲軸的資料，發一下1 v. B: J R1 H8 Z1 [8 S( q
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發動機曲軸加工工藝的歷史發展演變7 \8 ~% B$ X) `2 ]! s
20世紀70年代以前，發動機曲軸粗加工采用的加工方式是多刀車床車削曲軸主軸頸和連桿軸頸。采用這種方式加工精度較低、柔性很差、工序質量穩定性低，且容易產生較大的內部應力，難以達到合理的加工余量。在粗加工后一般需要進行去應力回火處理，釋放應力。因此粗加工需要給后續精加工工序留較大的加工余量，以去除彎曲變形量。曲軸精加工采用的是普通磨削工藝，一般采用MQ8260曲軸磨床粗磨-半精磨-精磨-拋光。通常靠手工操作，加工質量不穩定，廢品率較高。 20世紀70年代到80年代左右，曲軸粗加工采用CNC車削、CNC外銑加工，加工狀況有所改善。精加工仍以普通磨床磨削工藝為主。 8 R- e" i& q3 U+ b8 ?3 D9 b& U' ~, R
20世紀80年中期又出現了CNC內銑工藝，CNC內銑加工性能指標要高于CNC外銑加工，尤其是對于鍛鋼曲軸，內銑更有利于斷屑。精加工工藝多采用半自動曲軸磨床，頭架和尾座同步傳動，加工精度有一定的提高。 R( q0 r: Z: a0 q3 \
1985年到1990年左右開發出了曲軸車拉、車－車拉工藝，該工藝具有精度高、效率高等優點，特別適合于平衡塊側面不需要加工且軸頸有沉割槽(包括軸向沉割槽)的曲軸，加工后曲軸可直接進行精磨，省去粗磨工序。曲軸精加工已少量采用數控磨床磨削工藝，尺寸的一致性得到改善。
) r+ F" b% l/ g6 J 20世紀90年代中期又開發出CNC高速外銑，它對平衡塊側面需要加工的曲軸，比CNC車削、CNC內銑、車－車拉的生產效率還要高。另外，CNC車－車拉工藝加工連桿軸頸要二道工序，CNC高速外銑只要一道工序就能完成，具有以下優點：切削速度高(可高達350m/min)、切削時間較短、工序循環時間較短、切削力較小、工件溫升較低、刀具壽命高、換刀次數少、加工精度更高、柔性更好。所以CNC高速外銑將是曲軸主軸頸和連桿軸頸粗加工的發展方向。精加工使用數控磨床，采用靜壓主軸、靜壓導軌、靜壓進給絲杠(砂輪頭架)和線性光柵閉環控制等控制裝置，使各尺寸公差及形位公差得到可靠的保證，精加工還廣泛使用數控砂帶拋光機進行超精加工，經超精加工后的曲軸軸頸表面粗糙度至少提高一級精度。 |9 a& o# ^$ }. Y
20世紀90年代開發的CBN高速磨削。英國LANDIS公司生產的曲軸磨床，磨削速度高達120m/s，用扒皮法一次裝夾從毛坯到精磨完畢，耗時僅幾分鐘的時間。這將會出現以磨代替其它粗加工工藝的新局面。
, V1 ~& D8 m8 t+ E |, z1 y 進入21世紀以后，復合加工工藝已進入曲軸制造業中。復合機床應具有工序集成功能，多種加工集成功能。奧地利WFL公司生產的臥式車銑復合加工中心(圖3為M40G型)能在曲軸硬化前“一次裝夾，全部加工”，加工后的曲軸可直接轉入精加工工序；曲軸精加工方面，也出現了工序集成的CBN數控磨床，即一次裝夾磨削全部曲軸主軸頸和連桿軸頸(擺動跟蹤磨削)。 ; b g' K7 Q' o4 y1 K8 c5 `% G# w
由以上演變可以看出，曲軸的加工工藝正向著高速、高效、復合化方向發展。目前較為流行的粗加工工藝是主軸頸采用車－車拉工藝和高速外銑，連桿頸采用高速隨動外銑，全部采用干式切削；精加工采用數控磨床加工，具有自動進給、自動修正砂輪、尺寸和圓度自動補償、自動分度和兩端電子同步驅動等功能。主軸頸和連桿頸可一次裝夾全部磨削完畢；超精加工采用數控砂帶拋光機，帶尺寸控制裝置。
. E! @4 ^( p. q0 n- N 典型曲軸加工先進裝備性能簡介 7 i4 y$ E8 ]' ~1 |" l' y2 k
CNC高速隨動外銑：現介紹一款型號為VDF315OM-4的高速隨動外銑床的性能。該機床是德國BOEHRINGER公司專為汽車發動機曲軸設計制造的柔性數控銑床，該設備應用工件回轉和銑刀進給伺服連動控制技術，可以一次裝夾不改變曲軸回轉中心隨動跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸。采用一體化復合材料結構床身，工件兩端電子同步旋轉驅動，具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特點；使用SIEMENS840DCNC控制系統，設備操作說明書在人機界面上，通過輸入零件的基本參數即可自動生成加工程序，可以加工長度450～700mm、回轉直徑在380mm以內的各種曲軸，連桿軸頸直徑誤差為±0.02mm。
% q% u* a7 w! X8 D' m CNC車-車拉機床：該設備一次設定能完成所有同心圓的車削，并在同一臺機床上完成車—車拉(車側端面)加工，加工效率高，通過使用特殊卡盤和刀具系統還能實現柔性加工，且機床保養簡便維護成本也較低，特別適用于平衡塊側面不需加工、軸頸有沉割槽的曲軸。其中拉削工藝可用高效的梳刀(圖5)車削工藝代替，梳刀加工通常放到該工序的最后工步，通過微量的徑向進給和縱向車削實現高速精加工。 ' p" r/ O' i; A' s
曲軸止推面車滾專機：該設備用于對曲軸止推面精車滾壓加工，并具有以下技術特點：滾壓拋光止推面并在線測量、滾壓拋光代替磨削加工、可同時進行車削加工、在刀盤上裝有滾壓拋光裝置、可獲得更高精度。目前性能較好的設備有德國赫根塞特(HEGENSCHEID)公司的曲軸止推面車滾專機等。
" [( }3 ~6 n. s. z! r$ C CNC曲軸磨床：以德國埃爾溫勇克機器制造有限公司(JUNKER)的擺動跟蹤系列磨床為例，該設備采用了用于高速加工的CBN砂輪和使用油冷卻曲軸的組合，適用于加工汽車發動機曲軸，質量可靠。主要性能有：在加工過程中檢測并修正軸頸圓度和尺寸；帶有“學習功能”的控制系統，附加對圓度偏差和干擾量的自動補償，可進行補償的干擾量是：溫度，機械及動力影響，磨削余量的變化，材料以及金相結構的變化，砂輪的可切削性，機床的磨損狀況；磨削主軸頸和連桿軸頸一次裝夾，理論上的偏差為零；切入式磨削及擺動式磨削；對“敏感工件”的支撐，在主軸上采用自動對中心的三點式中心架；CNC控制的冷卻劑供給保障了磨削區域的持久用量；采用靜壓圓型導軌，無爬行現象，確保持久的高精確度(X軸導軌，進給絲杠，止推軸承)；減震抗扭轉床身，使用礦物的合成材料澆注而成，具有良好的吸震抗彎功能；砂輪軸適用于高達140m/s的磨削。 7 O& g6 {7 m7 C3 v! @/ d0 V" w
從以上所介紹的幾種先進設備可以看出一個共同點，就是高速高效柔性化，適合于當今產品多品種、小批量的發展趨勢。由于曲軸加工不同于普通機械加工，許多工序必須使用專用刀具，如上面介紹的內銑、車－車拉和高速外銑，所使用的都是專用刀具，這些刀具的刀體制造復雜，價格也比較昂貴。如果產品變型要牽涉曲軸結構的變化，就導致必須使用新的刀體來加工曲軸，這就會影響產品開發周期和制造成本，最終導致產品缺乏競爭力。現在瓦爾特等刀具制造商已開發出柔性化的曲軸制造專用刀具—模塊化刀具。大大縮短了產品開發周期，降低了制造成本。 |
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' g. P E+ N! @ 曲軸敏捷柔性生產線(AFTL)方案探討 0 O8 F9 c1 j8 C& \
目前國內轎車曲軸生產線多為高速柔性生產線FTL(FlexibleTransferLine)，這種生產線的特點是不僅可以加工同系列曲軸，而且還可加工變型產品、換代產品和新產品，真正具備柔性意義。為進一步提高高速柔性生產線的生產效率，更快的適應巿場，FTL下一步發展是敏捷柔性生產線AFTL(AgileFlexibleTransferLine)。其主要目的是：
$ ?6 K% {5 l4 W7 c 滿足巿場變化的需求。不但滿足當前產品的要求，還應考虙未來巿場需求。 滿足生產方式的需求。能滿足現代發動機“多品種、大中批量、高效率、低成本”的生產需求。
! t6 h1 @! Z8 m: b$ M' [ 符合“精益生產”的原則。杜絕浪費，用最少投資、最大回報謀取利潤。
- I6 y4 N# \ ]) y+ s8 b 由于發動機曲軸自身結構的特殊性，筆者認為曲軸AFTL應具備以下特點：由高速加工中心和高效專用機床(含少量組合機床)組成。按工藝流程排列機床并由自動輸送裝置連接，采用柔性夾具和高效專用刀具生產。為防止關鍵工序設備故障造成全線停產，可增設平行設備增補，亦能滿足大批量生產的需要。以下是其工藝流程(僅金屬加工部分)：
T# U; f# u% {3 D+ q' T5 n: \% M U 銑端面、定總長、鉆質量中心孔、車大小端外圓→銑主軸頸及軸肩→銑連桿頸及軸肩→車拉主軸頸及沉槽→車拉連桿頸及沉槽→槍鉆油孔→清洗→圓角滾壓→法蘭鉆孔攻絲→精磨主軸頸(CBN)→精磨連桿頸(CBN)→斜切磨小端→斜切磨法蘭端→車滾止推面、銑鍵槽→動平衡→砂帶拋光主軸、連桿及法蘭外徑→清洗、冷卻→檢測分類。; ? r: W. C) u. X& _
對上述工藝流程有幾個問題探討如下： / P U5 @+ ~1 p1 j+ n' x1 U# o; L
曲軸質量中心孔和幾何中心孔的選用。
4 @2 ~& o/ R, n7 K 毛坯質量好，加工余量小且加工余量分布均勻。這時曲軸的質量中心孔與幾何中心孔基本重合，則不必花費較高的經費購置質量定心設備而直接鉆幾何中心孔。,li>毛坯質量較差，加工余量大且加工余量分布不均勻，要優先選用質量中心孔。因初始不平衡量較大，如果鉆幾何中心孔，質量分布不均勻，轉動慣量較大，損壞后續加工設備精度。再者，采用幾何中心孔，在進行動平衡時，初始不平衡量可能超出平衡機要求而無法平衡。在這種情況下應優先選用質量定心機。
/ Z3 f. \) S% _- E1 @2 V 曲軸粗加工機床的合理選用
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選用原則 中/ z" z* x7 b8 p: m3 t! F3 O; E
先進的金屬加工設備在曲軸制造中的重要性毋庸置疑，它能夠可靠地保證尺寸精度和一致性，適應生產節拍的要求，提高整體工藝水平。但不能采取“拿來主義”，也并不是設備越先進越好，應符合以下三個原則：1)符合工藝性原則，結合產品結構，能滿足尺寸精度和一致性的要求。2)符合經濟性原則，采用招標的形式降低成本。3)符合設備管理和維修性原則，考察設備生產商售后服務質量，設備易損件是否能夠隨時采購等。
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# W( a \7 }' r 國內曲軸制造企業對引進設備存在一些誤區，比如認為設備越先進、昂貴越好。其實如果使用不當，先進設備起不到應有的作用，造成浪費。下面以CNC高速外銑、CNC內銑、CNC車-車拉的合理組合為例來介紹。 - Q6 p* d2 |) M" P
曲軸平衡塊側面需加工，主軸頸加工應優先選用CNC內銑或CNC高速外銑，連桿頸的加工用CNC高速外銑。如果毛坯是鍛鋼毛坯，CNC內銑更有利于斷屑。不宜采用CNC車-車拉，由于平衡塊側面是斷續車削，曲軸轉速又很高(約1000r/m)，崩刀現象很嚴重。
1 t) |! w& c5 s/ m+ l7 ?* e5 w 曲軸平衡塊側面不需加工，主軸頸加工選用CNC車-車拉比較合理，加工精度高。由于連桿頸軸線不在一條中心線上，如六拐曲軸，用車-車拉加工就有一些麻煩，CNC高速外銑就比較合理。
% T! o7 L0 c, a 軸頸有沉割槽的曲軸，此時CNC車-車拉體現出其優越性，若軸向有沉割槽，CNC高速外銑和CNC內銑不能加工，而車-車拉能加工。 以上設備應采用獨立雙刀盤、模塊化刀具系統等實現柔性化加工。" D6 _3 A1 H- Q% [; Z2 Q! q
曲軸圓角滾壓強化 . V$ v7 w* J8 g: R
曲軸的圓角滾壓強化，主要是為了提高曲軸的疲勞強度。據統計資料表明，球鐵曲軸經圓角滾壓后壽命可提高120-230%；鍛鋼曲軸經圓角滾壓后壽命可提高70-130%。因此這種強化手段受到各曲軸生產廠家的高度重視。目前國外轎車曲軸幾乎全部采用滾壓強化工藝。采用這種設備應注意柔性化，以適應不同產品的加工。
7 o9 ^' l1 e# E c 曲軸砂帶拋光 |
' M7 `+ Z& [; F% P3 f2 v7 d1 N+ k: W 采用砂帶拋光可同時拋光主軸頸、連桿頸、法蘭、圓角及至推面，由曲軸軸向竄動實現圓角及止推面的拋光。拋光后的表面粗糙度至少提高一級精度以上。為實現曲軸多品種、變型產品的加工，可采用獨立拋光頭、分多工步加工實現柔性化。 ; C% E* L# I( y( r
曲軸的清洗
; s( @/ I8 Y$ P5 U- V1 A 曲軸通常采用二次清洗，第一次清洗安排在槍鉆油孔之后，去除油孔內的鐵屑和曲軸表面的潤滑油，為下道工序提供清潔的半成品。第二次清洗安排在砂帶拋光之后，選用定點定位專用清洗機對油孔、法蘭螺孔等用專用噴嘴清洗。
$ P2 q3 a& D/ ]0 A* h- [) \ 曲軸的精加工
1 \* e( P) e' P 曲軸精磨主軸頸和精磨連桿頸工序應選用單砂輪、獨立雙砂輪CBN數控磨床，不易選用多砂輪一體化磨床，雖效率高，但不能適應多品種柔性化需要。 |
樓主: 一劍飄紅
發表于 2007-11-12 20:19:06
