汽車內(nèi)燃機曲軸車削工藝設(shè)計探究范文
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摘要：伴隨著我國經(jīng)濟的逐漸上升，汽車行業(yè)也不斷發(fā)展起來，從目前的汽車生產(chǎn)線來看，曲軸的車削工藝設(shè)計應(yīng)該是整個汽車產(chǎn)業(yè)中最應(yīng)該被關(guān)心的重點問題。曲軸不僅是傳遞動力和承受荷載的重要零部件之一，也是汽車發(fā)動機中最難保證質(zhì)量要求的。在單拐曲軸的車削加工時，可能會由于工件自身剛性較差，在車削與裝夾的過程中，需要反復(fù)校正，且步驟復(fù)雜，要求的位置精度也很高。本文主要針對在曲軸單拐的車削工藝中可能出現(xiàn)的問題進行具體論述，并根據(jù)實際問題提出合理的解決策略。
關(guān)鍵詞：單拐曲軸；車削工藝；設(shè)計加工
引言
單拐曲軸是汽車內(nèi)燃機項目研究中的關(guān)鍵部件，在其進行加工時，必須具有的較高的精度，相對于汽車內(nèi)燃機的其它零部件來講，單拐曲軸的研制難度更大，且制作周期更加緊迫。曲軸在工作時將會受到旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力、往復(fù)慣性力和氣體慣性力的共同作用，進而促使其承受扭轉(zhuǎn)彎曲荷載的作用，所以曲軸在材料設(shè)計方面需要有足夠的剛度設(shè)強度，且對軸徑的表面進行車削時，要盡量促使其表面光滑耐磨。
1內(nèi)燃機曲軸的結(jié)構(gòu)特點
曲軸一般是由曲柄、平衡塊、主軸頸、連桿軸徑以及前端后端組成的。一個主軸頸、一個曲柄和一個連桿軸頸便可組成一個曲拐。在直列式發(fā)動機中，曲軸的曲拐數(shù)目等于氣缸數(shù)；在V型發(fā)動機中，曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。
1.1主軸頸
主軸頸作為曲軸的支撐部分，主要通過主軸承支撐軸承箱中的軸承座。從根本意義上來講，主軸承的數(shù)目不僅取決于曲軸的支撐方式，還與氣缸的數(shù)目有關(guān)。曲軸的支撐方式統(tǒng)共被分成了兩種形式：一種是非全支撐曲軸；另一種是全支撐曲軸。在內(nèi)燃機的主軸頸嚴重磨損后，將會與增大與軸瓦的配合間隙，進而造成發(fā)動機轉(zhuǎn)動異常，工作狀態(tài)將會不斷惡化。在工作檢查時，主軸頸的磨損并不是均勻的，在徑向?qū)蔀闄E圓形；在軸向?qū)蔀殄F形。
1.2曲柄連桿
曲柄連桿作為內(nèi)燃機的組要運動機構(gòu)，其主要作用是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，并同時將活塞上的力轉(zhuǎn)化為曲軸應(yīng)該對外輸出的轉(zhuǎn)矩，進而促進發(fā)動機車輪的運動。曲柄連桿的主要作用便是提供燃燒的場所，并不斷輸出動力。
1.3平衡塊
平衡塊又稱輪胎平衡塊，是車輛安裝在車輪上的關(guān)鍵配件，平衡塊的主要作用在于促使車輪在高速的運轉(zhuǎn)之下保持汽車平衡。從基本層面上來講，無論何種物體都會在質(zhì)量上有所差異，在低速或者靜態(tài)的運動中，假若質(zhì)量存在相對較大的差異就會導(dǎo)致物體運行的穩(wěn)定性，而平衡塊的主要作用就是盡可能的減少車輪之間的質(zhì)量差異，進而達到汽車平衡穩(wěn)定的作用。
2單拐曲軸的加工步驟
由于單拐曲軸較為復(fù)雜的特性，所以其加工步驟也相對較為繁瑣。首先應(yīng)該加工毛坯料，對于小型曲軸應(yīng)采用鍛造；對于大型曲軸應(yīng)采取球墨鑄鐵鑄造，鑄造時是將棒料燒紅之后經(jīng)過多種鍛模，促使其鍛成單拐平面狀，在紅熱狀態(tài)下進行毛坯料加工的最后一道工序，將單拐相對準確的扭轉(zhuǎn)到所需要的角度。毛坯料的加工之后要將其運送到機床之上進行車定位，由于單拐曲軸加工的精度過高，所以在這一過程中，需要反復(fù)測量被加工零件的精度，并在最后的計算之中取誤差最小的一組數(shù)據(jù)作為定位標準。在基本定位之后，要開始車連桿軸頸的加工，這一過程必須要在專用的機床之上，在連桿軸頸不斷轉(zhuǎn)動的過程中，刀架要跟隨其轉(zhuǎn)動速度進行合理進刀。單拐曲軸從主軸頸到拐臂再到連桿軸徑的內(nèi)部都必須要有潤滑油道，所以精加工之前應(yīng)該鉆開零件的油道孔，油道孔的鉆取能夠促使專用設(shè)備對零件深孔鉆，也將有助于降低設(shè)備的磨損度。曲軸作為承受力的單位，必須對主經(jīng)軸和連桿軸頸進行淬火處理，進而提升零件的表面硬度。在以上的一系列粗加工操作之后，要開始對其進行精加工的處理。磨削主軸頸和連桿軸頸時，需要采用非常精密的專用磨削車床，由于人工車削的精度誤差會偏大，所以要采用全自動設(shè)備，精度誤差要調(diào)配在0.01毫米之內(nèi)。飛輪連接槽、螺紋和回油槽的加工必須要放在主體加工結(jié)束之后，這將降低加工的難度，并減少加工的周期。因為曲軸作為汽車的主要發(fā)力構(gòu)件，所以需要對其進行動平衡的處理，并在最后確認其精度，解決質(zhì)量方面的問題，例如可以利用專門的設(shè)備對超出重量的拐臂毛坯部位鉆削減重。
3.1工期緊，加工精度高
由于內(nèi)燃機單拐曲軸的加工精度過高且工期較短等特性，造成了單拐曲軸在制造過程中并沒有專用的磨削工裝和加工曲臂工裝，進而導(dǎo)致單拐曲軸的加工基本上只能交給自動化機器來進行完成，雖然自動化機器的加工速度會較高，但是并不能合理解決在加工過程中出現(xiàn)的多種狀況。就目前當代我國的汽車制造業(yè)而言，在沒有專用曲軸工裝時，普通的車床很難滿足偏心距的加工精度，因此為了趕在工期之前做出符合要求的零部件，多數(shù)制造公司會選擇高薪聘請相關(guān)的專業(yè)人員，這就增加了制造的成本。
3.2加工夾具種類較少
曲軸作為能夠傳遞動力的重要部件之一，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工程序也會相對較多，在許多的加工環(huán)節(jié)中都需要將毛坯料固牢之后才能繼續(xù)進行精加工，例如鉆油孔。在筆者看來，目前我國單拐曲軸的加工夾具主要采用的是壓塊形式和V型定位塊的組合形式，主軸頸被放置在V型定位塊之上，V型定位塊起到固定加緊的作用，由于這種加工定位方法過于傳統(tǒng)，可能并不符合當代的單拐曲軸加工，這就導(dǎo)致多數(shù)單拐曲軸會在最后的重量審核之中被淘汰，延誤工期。
3.3拋光達不到工藝要求
在單拐曲軸的加工設(shè)計中，前軸頸的表面會出現(xiàn)質(zhì)量差的問題，在目前的汽車加工中，多數(shù)曲軸拋光都會采用磨削加工的方式，假若磨削加工時砂輪修整不好，可能會產(chǎn)生磨削振紋，通俗來講，就是在拋光之后，其表面的振紋形態(tài)會更加明顯。沙袋粒度的選擇也將影響拋光的精度，這將會造成曲軸生產(chǎn)效率降低等問題。粒度過小，不僅將會促使生產(chǎn)效率低下，甚至多數(shù)曲軸都沒有拋光效果；粒度過高，生產(chǎn)效率將會有明顯提升，但是曲軸的表面質(zhì)量達不到使用要求。拋光塊的寬度也將影響曲軸的拋光精度，假若拋光塊過小，且砂帶無法覆蓋整個曲軸的面積，那么必將導(dǎo)致軸徑圓角的拋光效果差的結(jié)果。
4單拐曲軸車削工藝的加工解決策略
4.1加大冷卻液流量，增設(shè)曲軸的拋光裝置
冷卻液的增加可以幫助曲軸將多種雜質(zhì)盡可能快速的沖洗干凈，進而節(jié)省時間。在煤油回收之時，可以通過加工紙袋的過濾機消除工業(yè)粉塵顆粒，確保冷卻液的潔凈度。在拋光過程中，被加工曲軸將會不斷的旋轉(zhuǎn)，這就將產(chǎn)生一定的位移量，雖然定位精度不會準確，但是卻可以有效抵消在拋光過程中產(chǎn)生的軸徑劃痕，通過在生產(chǎn)實踐之中的不斷探索，得知到曲軸的偏移量最好在1mm左右。
4.2選擇合適拋光砂帶粒度，使用合理寬度的拋光塊
在實際生產(chǎn)之中，最好選擇帶有600目粒度的砂帶，也可以采用精拋和粗拋相結(jié)合的拋光方式來解決在拋光質(zhì)量方面存在的問題。在選擇曲軸加工的拋光塊時，應(yīng)使其兩側(cè)圓角與軸徑圓角相配合，例如可以采用兩側(cè)開槽鋸齒形狀的拋光塊，這將在基本程度上保證軸徑圓角的加工精度。
5總結(jié)
綜上所述，本文基于單拐曲軸的結(jié)構(gòu)特點對如何設(shè)計加工單拐曲軸進行了重點論述，也從根本上解決了在加工過程中可能出現(xiàn)的多種問題，并針對具體問題提出了相應(yīng)的解決策略。由于工期短等特點，單拐曲軸在加工過程中減少了專用工裝的設(shè)計，因此為了促使我國的汽車產(chǎn)業(yè)不斷向前邁進，應(yīng)該利用實際產(chǎn)生中總結(jié)的規(guī)律來降低單拐曲軸的制造經(jīng)費。
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作者：李曉軍 單位：浙江新柴股份有限公司
