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發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸復(fù)合加工技術(shù)成為發(fā)展趨勢(shì)

來(lái)源:上海雙旭電子有限公司   2009年05月05日 20:38  

進(jìn)入21世紀(jì)以后,發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸在制造工藝、刀具等方面都發(fā)生了巨大的變化。領(lǐng)導(dǎo)了近半個(gè)多世紀(jì)的多刀車(chē)削工藝和手工磨削工藝,由于加工精度低和柔性差等原因,正在逐步退出歷史舞臺(tái)。高速、的復(fù)合加工技術(shù)及裝備迅速進(jìn)入汽車(chē)及零部件制造業(yè),高速?gòu)?fù)合加工技術(shù)在曲軸加工生產(chǎn)中已有相當(dāng)程度的應(yīng)用,并將是其必然發(fā)展趨勢(shì)。

    曲軸加工技術(shù)設(shè)備現(xiàn)狀

     目前,國(guó)內(nèi)較陳舊的曲軸生產(chǎn)線(xiàn)多數(shù)由普通機(jī)床和機(jī)床組成,生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度相對(duì)較低。粗加工設(shè)備一般采用多刀車(chē)床車(chē)削曲軸主軸頸及連桿軸頸,工序質(zhì)量穩(wěn)定性差,容易產(chǎn)生較大的加工應(yīng)力,難以達(dá)到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲軸磨床進(jìn)行粗磨、半精磨、精磨、拋光,通??咳斯げ僮?,加工質(zhì)量不穩(wěn),尺寸一致性差。

     老式生產(chǎn)線(xiàn)一個(gè)主要的特點(diǎn)就是普通設(shè)備太多,按加工球墨鑄鐵曲軸來(lái)計(jì)算,一條生產(chǎn)線(xiàn)有35~40臺(tái)設(shè)備。筆者曾考查過(guò)國(guó)內(nèi)某一鍛鋼曲軸生產(chǎn)線(xiàn),粗加工采用普通外銑加工主軸頸和連桿頸,然后數(shù)控精車(chē)主軸頸和連桿頸,再經(jīng)過(guò)多道工序的磨削方轉(zhuǎn)入精加工工序。所以這條生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備達(dá)60多臺(tái),導(dǎo)致產(chǎn)品周轉(zhuǎn)線(xiàn)長(zhǎng)、場(chǎng)地占用面積大,其生產(chǎn)效率*是靠多臺(tái)設(shè)備分解工序和余量來(lái)提高的。

     而當(dāng)今的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸制造業(yè)面臨的卻是以下幾個(gè)問(wèn)題:

     1.多品種、小批量生產(chǎn);

     2.交貨期大大縮短;

     3.降低生產(chǎn)成本;

     4.難切削材料的出現(xiàn)使加工難度明顯增加,加工中提出了許多需要解決的課題,如硬切削;

     5.為保護(hù)環(huán)境,要求少用或不用切削液,即實(shí)現(xiàn)干式切削或準(zhǔn)干式切削;

     正是基于以上情況,進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),高速、高精、的復(fù)合加工技術(shù)及裝備在汽車(chē)曲軸制造業(yè)中得到了迅速的應(yīng)用,生產(chǎn)效率得到了很大提高,因此發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸生產(chǎn)線(xiàn)中生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量得以減少。筆者曾在某一轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸生產(chǎn)線(xiàn)看到,全線(xiàn)設(shè)備(包括熱處理、表面強(qiáng)化)只有13臺(tái)設(shè)備左右,產(chǎn)品周轉(zhuǎn)線(xiàn)短、加工效率高、易于質(zhì)量控制管理。

     曲軸復(fù)合加工技術(shù)的發(fā)展

     20世紀(jì)80年代后期,德國(guó)BOEHRINGER公司和HELLER公司開(kāi)發(fā)出了完善的曲軸車(chē)-車(chē)?yán)瓩C(jī)床,該加工工藝是將曲軸車(chē)削工藝與曲軸車(chē)?yán)に嚱Y(jié)合,生產(chǎn)效率高、加工精度好、柔性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、換刀時(shí)間短,特別適合有沉割槽曲軸的加工,加工后曲軸可直接進(jìn)行精磨,省去粗磨工序。因此,曲軸車(chē)-車(chē)?yán)庸すに囀悄壳吧锨S粗加工中流行的加工工藝之一。

     20世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)的新型CNC高速曲軸外銑機(jī)床使曲軸粗加工工藝又上了一個(gè)新臺(tái)階。CNC曲軸內(nèi)銑與CNC高速曲軸外銑對(duì)比,內(nèi)銑存在以下缺點(diǎn):不容易對(duì)刀、切削速度較低(通常不大于160m/min)、非切削時(shí)間較長(zhǎng)、機(jī)床投資較多、工序循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)。而CNC高速曲軸外銑具有以下優(yōu)點(diǎn):切削速度高(可高達(dá)350m/min)、切削時(shí)間較短、工序循環(huán)時(shí)間較短、切削力較小、工件溫升較低、刀具壽命高、換刀次數(shù)少,加工精度更高、柔性更好。因此,CNC高速曲軸外銑將是曲軸粗加工的發(fā)展方向。

     筆者在江蘇南亞自動(dòng)車(chē)有限公司菲亞特轎車(chē)曲軸生產(chǎn)線(xiàn)見(jiàn)到德國(guó)BOEHRINGER公司兩臺(tái)設(shè)備,其中1臺(tái)為數(shù)孔曲軸車(chē)-車(chē)?yán)瓩C(jī)床,另外1臺(tái)為CNC高速曲軸外銑,親身體驗(yàn)了一次“削鐵如泥”的感覺(jué)。據(jù)專(zhuān)家介紹,曲軸車(chē)-車(chē)?yán)瓩C(jī)床特別適合于軸頸有沉割槽、平衡塊側(cè)面不用加工的曲軸;而高速外銑則不能加工軸向有沉割槽的曲軸。該銑床為德國(guó)BOEHRINGER公司的VDF 315 OM-4高速隨動(dòng)外銑床,它是德國(guó)BOEHRINGER公司專(zhuān)為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸設(shè)計(jì)制造的柔性數(shù)控銑床,該設(shè)備應(yīng)用工件回轉(zhuǎn)和銑刀進(jìn)給伺服連動(dòng)控制技術(shù),可以一次裝夾不改變曲軸回轉(zhuǎn)中心,并隨動(dòng)跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸。VDF 315 OM-4高速隨動(dòng)外銑采用復(fù)合材料一體化結(jié)構(gòu)床身,工件兩端電子同步旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng),具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特點(diǎn);該銑床使用SIEMENS 840D CNC控制系統(tǒng),通過(guò)輸入零件的基本參數(shù)即可自動(dòng)生成加工程序,可以加工長(zhǎng)度在450~700mm、回轉(zhuǎn)直徑在380mm以?xún)?nèi)的各種曲軸,連桿軸頸直徑誤差為±0.02mm。

     由上可以看出,曲軸粗加工比較流行的工藝是:主軸頸采用車(chē)?yán)に嚭透咚偻忏?,連桿頸采用高速外銑,而且傾向于高速隨動(dòng)外銑,全部采用干式切削。由于國(guó)外此類(lèi)設(shè)備價(jià)格昂貴,產(chǎn)品加工成本很高,國(guó)內(nèi)一些機(jī)床生產(chǎn)廠(chǎng)家(如青海第二機(jī)床制造有限責(zé)任公司)相繼開(kāi)發(fā)出了數(shù)控曲軸車(chē)床、數(shù)控高速曲軸銑床,數(shù)控曲軸車(chē)?yán)瓩C(jī)床等機(jī)床。

     曲軸精加工采用國(guó)內(nèi)數(shù)控磨床磨削情況已相當(dāng)普遍,產(chǎn)品加工精度已有相當(dāng)程度的提高。為滿(mǎn)足曲軸日益提高的加工要求,對(duì)曲軸磨床提出了很高的要求。現(xiàn)代曲軸磨床除了要有很高的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)剛度和很高的加工精度外,還要求有很高的磨削效率和更多的柔性。近年來(lái),更要求曲軸磨床具有穩(wěn)定的加工精度,為此,對(duì)曲軸磨床的工序能力系數(shù)規(guī)定了Cp≥1.67,這意味著要求曲軸磨床的實(shí)際加工公差要比曲軸給定的公差小一半。隨著現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)、測(cè)量控制、CBN(立方氮化硼)砂輪和先進(jìn)的機(jī)床部件的應(yīng)用,為曲軸磨床的高精度、磨削加工創(chuàng)造了條件。一種稱(chēng)之為連桿頸隨動(dòng)磨削的工藝。正是體現(xiàn)了這些新技術(shù)綜合應(yīng)用的具體成果。這種隨動(dòng)磨削工藝可顯著地提高曲軸連桿頸的磨削效率、加工精度和加工柔性。在對(duì)連桿頸進(jìn)行隨動(dòng)磨削時(shí),曲軸以主軸頸為軸線(xiàn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn),并在一次裝夾下磨削所有連桿頸。在磨削過(guò)程中,磨頭實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)進(jìn)給,跟蹤著偏心回轉(zhuǎn)的連桿頸進(jìn)行磨削加工。要實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)磨削,X軸除了必須具有高的動(dòng)態(tài)性能外,還必須具有足夠的跟蹤精度,以確保連桿頸所要求的形狀公差。CBN砂輪的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)連桿頸隨動(dòng)磨削的重要條件。由于CBN砂輪耐磨性高,在磨削過(guò)程中砂輪的直徑幾乎是不變的,一次修整可磨削600~800條曲軸。CBN砂輪還可以采用很高的磨削速度,在曲軸磨床上一般可采用高達(dá)120~140m/s的磨削速度,磨削效率很高。

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