汽車發(fā)動機(jī)曲軸加工工藝探討范文

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摘要：目前，傳統(tǒng)材料以及汽車發(fā)動機(jī)制造技術(shù)和現(xiàn)階段的汽車行業(yè)市場發(fā)展趨勢和要求之間還存在一定差異，汽車發(fā)動機(jī)機(jī)械加工技術(shù)也存在一些難以攻克的技術(shù)難點(diǎn)。在汽車生產(chǎn)制造中，對發(fā)動機(jī)曲軸機(jī)械生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)也越來越高。曲軸機(jī)械加工環(huán)境相對比較惡劣，很容易對曲軸機(jī)械加工質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響，所以，需要嚴(yán)格控制曲軸材料材質(zhì)，保證曲軸加工工藝的精準(zhǔn)度。對此，本文以汽車發(fā)動機(jī)中的曲軸機(jī)械為例，分析曲軸機(jī)械加工工藝。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機(jī)；曲軸機(jī)械；加工工藝

0引言

隨著汽車制造業(yè)生產(chǎn)加工水平的不斷提升，汽車發(fā)動機(jī)中的曲軸部件加工質(zhì)量也在不斷優(yōu)化。這里的曲軸部件對于汽車發(fā)動機(jī)的整體結(jié)構(gòu)合理性和使用性能都會產(chǎn)生很大影響，是汽車制造業(yè)系統(tǒng)中的技術(shù)研究重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。在汽車發(fā)動機(jī)零部件生產(chǎn)制造中，曲軸是旋轉(zhuǎn)部件，工藝難度比較大，對于發(fā)動機(jī)的使用壽命和效率會有很大影響，也嚴(yán)重影響汽車駕駛安全性，所以在曲軸制造中，必須要保證質(zhì)量可靠，提升曲軸的加工精度，降低因?yàn)檎`差和加工工藝等導(dǎo)致的廢品率，提升生產(chǎn)效益和效率，這對于汽車生產(chǎn)制造業(yè)來說至關(guān)重要。

1汽車發(fā)動機(jī)的工作原理

汽車結(jié)構(gòu)是由很多元件組成，如馬達(dá)、輪胎、底板等元件。其中底板結(jié)構(gòu)的重要作用是承載汽車的整體荷載，保證汽車運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，是汽車裝置中最為基本的結(jié)構(gòu)構(gòu)架。馬達(dá)是汽車的核心動力，其動力的正常發(fā)揮受到其他元件功能的影響。馬達(dá)品匯的優(yōu)劣直接決定汽車運(yùn)行的安全性和動力，一般在發(fā)動機(jī)中馬達(dá)會設(shè)定有四個(gè)沖程：①進(jìn)氣環(huán)節(jié)，曲軸連帶活塞進(jìn)行活動，進(jìn)氣后，活塞移動增加汽缸空間容積量，內(nèi)外壓強(qiáng)不斷增加，產(chǎn)生氣體流入汽缸；當(dāng)活塞下移至最底部，結(jié)束進(jìn)氣。這個(gè)過程中，氣體介質(zhì)溫度不斷升高。②壓縮環(huán)節(jié)，活塞從下向上移動，關(guān)閉進(jìn)氣口和排氣口，此時(shí)汽缸的容積量逐漸下降，其中的氣體介質(zhì)不斷壓縮。③發(fā)動機(jī)作業(yè)環(huán)節(jié)，活化塞部件將壓縮后的氣體混合，即變成可燃?xì)怏w，將其引燃，活塞元件高壓下移動，從上至下作業(yè)。④排氣環(huán)節(jié)，將打開的所有排氣口關(guān)閉，隨后曲軸帶動連桿，活塞由下向上活動至頂端，整個(gè)排氣環(huán)節(jié)完成，氣缸空間中的燃燒廢氣向外排放。

2汽車發(fā)動機(jī)曲軸裝置及加工特點(diǎn)

2.1汽車發(fā)動機(jī)曲軸裝置

在汽車發(fā)動機(jī)的相關(guān)組成零部件中，曲軸是重要的組成部分，曲軸的功能是通過活塞連桿裝置中傳遞的氣體進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其變成旋轉(zhuǎn)力矩，再通過汽車離合器裝置、飛輪裝置及傳動系統(tǒng)來為汽車提供驅(qū)動力，并驅(qū)動發(fā)動機(jī)裝置。在曲軸裝置中，包含多個(gè)曲拐裝置，每一個(gè)曲拐裝置中又有兩個(gè)曲柄裝置、兩個(gè)曲軸徑裝置以及一個(gè)連桿軸頸裝置（詳見圖1）。在曲軸的運(yùn)行中，因?yàn)閼T性作用以及力矩影響等，和汽車內(nèi)部氣體共同作用，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，可能會出現(xiàn)磨損。所以，要確保曲軸裝置的正常運(yùn)行和工作，必須要避免磨損，提升曲軸的生產(chǎn)加工質(zhì)量，不斷提升曲軸零部件的生產(chǎn)加工強(qiáng)度，提升其耐磨性，做好潤滑處理等，才能延長曲軸的使用壽命。

2.2曲軸加工特點(diǎn)

就汽車發(fā)動機(jī)曲軸制造加工技術(shù)來看，在實(shí)際操作中，存在多個(gè)特點(diǎn)：第一，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格。曲軸是汽車發(fā)動機(jī)中比較重要的組成部分，在加工中也需要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)技術(shù)要求和加工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[5]。因?yàn)榍S零部件和一般零部件不同，曲軸零部件一般有多個(gè)加工面，可能不同加工面的尺寸、形狀等還是不一樣的，在加工中對于相應(yīng)加工面的加工尺寸、形狀、位置等參數(shù)要求都十分嚴(yán)苛，需要執(zhí)行的加工工序也比較麻煩。在具體加工中，還需要關(guān)注粗細(xì)加工流程分配，保證精準(zhǔn)性和可靠性。第二，剛性偏差。因?yàn)槠嚢l(fā)動機(jī)中的曲軸長徑是很大的，因?yàn)檫B接著曲軸結(jié)構(gòu)，所以在運(yùn)行中很難保證剛性，就容易出現(xiàn)形變的情況。相關(guān)機(jī)械加工生產(chǎn)人員在進(jìn)行曲軸零部件加工中，就需要注意到這一問題。一般為了解決這一問題，需要在粗加工環(huán)節(jié)，確保夾具和機(jī)床刀具剛度達(dá)標(biāo)，同時(shí)，保證加工期間切削力作用能夠?qū)崿F(xiàn)相互抵消[6]。第三，加工形狀比較復(fù)雜。在汽車發(fā)動機(jī)的曲軸零部件中，連桿軸頸和主軸頸間有一定的偏心距，在加工中因?yàn)閷ζ木嗟木瓤刂朴袊?yán)格要求，相應(yīng)曲軸結(jié)構(gòu)還有平衡重問題，所以在進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)中需要確保精度控制達(dá)標(biāo)，避免產(chǎn)生誤差影響曲軸零部件的生產(chǎn)加工質(zhì)量[7]。

3曲軸加工技術(shù)

3.1曲軸毛坯加工

在開展曲軸毛坯的加工處理中，多采取兩種加工方式，即鑄造加工模式以及鍛造加工模式。在進(jìn)行鍛造加工中，多使用碳合金鋼材料以及中碳鋼材料。在開展鑄造加工中，多使用球墨鑄鐵、鑄鋼以及合金鑄鐵材料。相比較而言，球墨鑄鐵材料整體性能更加理想，材料性質(zhì)和碳鋼材料比較類似，而且這種材料的成本更低，所以更容易被接受，并且在很多企業(yè)的生產(chǎn)加工中能夠得到廣泛應(yīng)用。

3.2零部件粗加工

針對汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)行曲軸粗加工處理中，使用的加工處理技術(shù)也比較多樣，包含車-車?yán)庸ぜ夹g(shù)、復(fù)合粗加工技術(shù)、外銑加工技術(shù)以及內(nèi)銑加工技術(shù)。在具體加工過程中，需要結(jié)合加工的零部件實(shí)際需要，選擇最合適的加工技術(shù)，這對于降低切削變形，提升加工準(zhǔn)確率很有必要。這樣的加工處理中能夠有效保證曲軸加工質(zhì)量。相關(guān)加工技術(shù)人員在進(jìn)行粗加工技術(shù)應(yīng)用中，應(yīng)該要把握技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，一方面，應(yīng)該做好曲軸毛坯余量的記錄，要是余量在5mm范圍外，就需要選擇外銑或者內(nèi)銑加工技術(shù)。要是余量在3mm范圍內(nèi)，應(yīng)該選擇使用車?yán)夹g(shù)。另一方面，相關(guān)技術(shù)人員需要結(jié)合曲軸長度來進(jìn)行粗加工技術(shù)的優(yōu)化選擇。曲軸長度如果在700mm范圍上下，應(yīng)該選擇連桿軸徑加工技術(shù)。在具體的粗加工處理中，需要結(jié)合相應(yīng)的加工變形原因，進(jìn)行加工過程中的質(zhì)量控制，而使用連桿軸徑粗加工技術(shù)，能夠有效避免這些問題出現(xiàn)，而在使用車?yán)夹g(shù)加工中，則需要做好相應(yīng)的加工尺寸和參數(shù)控制，保證加工精度可靠。

3.3零部件精加工

目前，汽車發(fā)動機(jī)曲軸零部件加工中，精加工技術(shù)也必不可少，這一加工技術(shù)近幾年來發(fā)展迅速，其加工的自動化水平也在不斷提升。在此前的加工過程中，很多曲軸零部件加工都是通過手工曲磨床裝置來進(jìn)行的，該裝置在加工使用中的缺陷明顯，無法保證精度，容易出現(xiàn)嚴(yán)重誤差，所以不適應(yīng)汽車發(fā)動機(jī)現(xiàn)代化的生產(chǎn)需求了。現(xiàn)代曲軸精加工技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控效果，保證加工精度，且很多環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動化操作，讓加工的效率也明顯提升。在很多汽車發(fā)動機(jī)生產(chǎn)加工中，被應(yīng)用到曲軸加工環(huán)節(jié)，但是實(shí)際使用中機(jī)械占地面積大，在生產(chǎn)效率提升上也沒有明顯成效。對此，需要進(jìn)一步優(yōu)化曲軸軸徑表面光滑性，可以借助數(shù)控拋光機(jī)裝置，解決上述數(shù)控機(jī)床加工的弊端，確保加工效率、精度以及密度等，確保曲軸機(jī)械加工的常規(guī)模式得到構(gòu)建，提升生產(chǎn)加工效率。

3.4銑曲軸兩端面、中心孔加工

在曲軸兩端面進(jìn)行鉆銑的過程中，鉆銑機(jī)床需對曲軸兩端鍛煉實(shí)施鉆銑，控制曲軸的長度及中心孔，保證兩端斷面平整滿足受力均勻的需求（詳見圖2）。所以，在對曲軸鉆銑時(shí)，先對斷面進(jìn)行鉆銑，然后再打孔。中心孔加工直接影響曲軸加工的質(zhì)量，甚至?xí)绊懬S加工的精準(zhǔn)度，在中心孔打孔前，相關(guān)工作人員需要對設(shè)備功能提高重視；同時(shí)，在打孔前，對曲軸毛坯外表面質(zhì)量加以重視，避免對打孔位置造成影響。

3.5主軸頸車削

主軸頸車削過程中，需將曲軸安裝到頂尖前后部位，隨后利用硬質(zhì)合金車工序，完成對主軸頸的車削作業(yè)。在這個(gè)過程中，車削之前，加工工人需要考慮主軸頸加工時(shí)的均勻，同時(shí)考慮旋轉(zhuǎn)不平衡等問題，甚至加工時(shí)，可能產(chǎn)生加工沖擊，此時(shí)在加工前，必須保證曲軸安裝牢固，保證車床、夾具及道具設(shè)備滿足車削剛度的工藝需求。整個(gè)車削流程應(yīng)該流暢，先處理主軸與軸肩，隨后定位主軸頸，對頂尖與中心孔進(jìn)行定位，汽車一段的主軸頸及軸肩等軸徑，都需要按照流程進(jìn)行車削，控制好車削精度。

3.6連桿軸頸車削

主軸頸與其余軸徑在車削完成后，需要將主軸頸作為加工基礎(chǔ)，通過利用專用汽車夾具以及車削連桿軸頸，從而利用車床，實(shí)施車削流程，在連桿軸頸車削過程中，加工技術(shù)人員需要控制好角度問題，需要將角度調(diào)控在150°-210°之間，同時(shí)解決曲軸旋轉(zhuǎn)問題，確保夾具性能，由于夾具屬于V形結(jié)構(gòu)，可以在接盤中進(jìn)行安裝。接盤、車床過渡接盤需要在車床中間定位鏈接，在菱形定位削的作用下，可以將接盤旋轉(zhuǎn)180°，從而能夠?qū)B桿軸頸進(jìn)行車削。隨后控制夾具與車床主抽線間距，一般達(dá)到曲軸半徑。隨后在車削的過程中，需要對曲軸主軸頸一段進(jìn)行夾緊。曲軸另一端則需要依靠中心座，從而夾緊，此時(shí)中心孔偏心距與曲軸長度一般相同，中心孔也會被頂尖頂緊，確保連桿軸頸的抽線達(dá)到平衡，并與車床主軸保持一致。在曲軸機(jī)械加工的過程中，很容易受到李引力的影響，導(dǎo)致曲軸出現(xiàn)變形或者彎曲等問題，為了確保連桿軸頸車削力度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，需要在車削的過程中，將車削余量控制在1.2mm左右，車床在旋轉(zhuǎn)的過程中不宜過高，盡可能使用高速鋼刀具進(jìn)行車削。

4曲軸加工案例

汽車發(fā)動機(jī)在曲軸制造時(shí)，設(shè)計(jì)是最為重要的環(huán)節(jié)。CAXA是實(shí)體設(shè)計(jì)軟件曲軸中應(yīng)用最多的三維模型，通過CAXA加工能提升曲軸加工工藝整體的精準(zhǔn)度，同時(shí)，使用CAXA還能記錄整個(gè)加工建模的過程，在設(shè)計(jì)時(shí)傳遞建構(gòu)設(shè)計(jì)的理念。CAXA在設(shè)計(jì)時(shí)建立三維模型，在曲軸加工中的應(yīng)用，根據(jù)曲軸自身的特點(diǎn)，利用元素庫里面的元素配合三維球工具一起構(gòu)建實(shí)體模型。如圖3所示，利用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)的三維模型，結(jié)合曲軸的相關(guān)特點(diǎn)和元素庫中“圓柱體”素材，利用三維球構(gòu)建曲軸的實(shí)體模型。圖3曲軸兩個(gè)連桿軸頸，其直徑為35mm，還有三個(gè)主軸頸，其直徑分別為35mm、35mm和30mm。根據(jù)圖3實(shí)體模型，采用有限元構(gòu)建三維模型（詳見圖4）。有限元網(wǎng)絡(luò)模型中，將小圓角和西油孔對曲軸整體結(jié)構(gòu)動力學(xué)的影響減小到極限，半徑＜5mm的圓角和直徑＜12mm的油道忽略。建立模型之后，對其進(jìn)行模擬數(shù)控加工。按照“加工”、“多軸加工”，根據(jù)指令填寫參數(shù)，系統(tǒng)計(jì)算生成刀具軌跡，然后點(diǎn)擊工具“加工”、“后置處理”、“生成”、“生成G代碼”命令，生成加工代碼，然后CAXA編譯助手打開文件夾，檢查刀具軌跡。第二步進(jìn)行曲軸車床夾具車削，選擇自定心式定位元件，曲軸通過兩端軸承頸定位，將零件過渡盤和夾具體后裝入，打開夾具體的三維球，對三維球進(jìn)行定位，找到中心點(diǎn)，最后點(diǎn)擊過渡盤上的圓，夾具移動至過渡盤上面，打開三維球再次將中心移動至過渡底座上，點(diǎn)擊到“中心點(diǎn)”，然后裝配完成過渡底座和過渡盤。最后對夾緊、夾具體進(jìn)行建模，得出曲軸實(shí)體。

5總結(jié)

汽車發(fā)動機(jī)中，曲軸零部件對于發(fā)動機(jī)的使用性能和質(zhì)量都會產(chǎn)生很大影響。曲軸裝置本身有一定的特殊性，結(jié)構(gòu)剛性不足，所以在進(jìn)行曲軸零部件加工中更需要做好相應(yīng)的質(zhì)量控制工作。目前，可以應(yīng)用到曲軸零部件加工中的機(jī)械加工技術(shù)還比較多，不同加工技術(shù)有不同優(yōu)勢，適用的曲軸零部件也不一樣，具體的機(jī)械加工技術(shù)選擇需要結(jié)合具體情況來選擇，確保合理性和適用性。

作者：侯瑞麗 單位：新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院