機(jī)械加工技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸制造中的應(yīng)用實(shí)踐

陳華明

摘要：機(jī)械加工技術(shù)是當(dāng)前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)加工的重要技術(shù)，其中就包含了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸制造工藝內(nèi)容。要合理運(yùn)用機(jī)械加工技術(shù)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸制造技術(shù)進(jìn)行有效改進(jìn)，不斷提升其生產(chǎn)加工效率。本文中就簡單探討了其曲軸機(jī)械加工技術(shù)的重要價(jià)值，了解汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)加工原理，并重點(diǎn)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸制造技術(shù)相關(guān)現(xiàn)狀與應(yīng)用實(shí)踐要點(diǎn)進(jìn)行了研究剖析。

Abstract： Machining technology is an important technology of automobile engine production and processing， which includes the manufacturing process of automobile engine crankshaft. It is necessary to use mechanical processing technology to improve the manufacturing technology of automobile engine crankshaft and continuously improve its production and processing efficiency. In this paper， the important value of crankshaft machining technology is briefly discussed， the principle of automobile engine production and processing is understood， and the relevant status and application practice points of automobile engine crankshaft manufacturing technology are studied and analyzed.

關(guān)鍵詞：曲軸制造;機(jī)械加工技術(shù);汽車發(fā)動(dòng)機(jī);工作原理;應(yīng)用實(shí)踐要點(diǎn)

Key words： crankshaft manufacturing;machining technology;automobile engine;working principle;key points of application practice

0? 引言

機(jī)械加工技術(shù)在當(dāng)前制造業(yè)領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，尤其是在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造生產(chǎn)領(lǐng)域中，利用機(jī)械加工技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部位的有效制造與調(diào)整，例如可決定汽車發(fā)動(dòng)機(jī)最終性能的曲軸制造生產(chǎn)。

1? 曲軸機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用的重要價(jià)值

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的零部件是相當(dāng)之豐富的，這其中就包括了發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸機(jī)械零部件，它對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能發(fā)揮起到至關(guān)重要作用。為了保證汽車安全行駛、駕駛舒適，需要對(duì)其曲軸進(jìn)行有效機(jī)械加工改造，確保汽車發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，在實(shí)際運(yùn)行過程中分析曲軸連桿作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)其活塞的有效推動(dòng)，保證曲軸真正處于上下運(yùn)動(dòng)裝填狀態(tài)，當(dāng)曲軸抵達(dá)上方位置時(shí)順利完成排氣，以此為發(fā)動(dòng)機(jī)提供氣體，確保發(fā)動(dòng)機(jī)順利做功。

在常規(guī)工業(yè)生產(chǎn)制造過程中，需要為發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械零部件制造模具，不過模具制造硬度相對(duì)較高，模具制造難度較大，傳統(tǒng)模具加工制造技術(shù)可能無法滿足這一需求。因此在機(jī)械加工過程中需要提高其制造精度，提升制造質(zhì)量，爭取在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)完成模具制造過程，有效降低制造成本。一般來說，利用曲軸作為模具可應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械制造過程中，為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行起到推波助瀾的促進(jìn)作用。當(dāng)然，曲軸的質(zhì)量也直接決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際使用狀況。在分析其曲軸模具結(jié)構(gòu)、型面過程中需要分析其加工難度，對(duì)其加工技術(shù)進(jìn)行全面探究，確保曲軸質(zhì)量生產(chǎn)改造到位。具體來講，還需要解決實(shí)際狀況對(duì)其機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行分析，保證曲軸制造加工質(zhì)量，提高曲軸生產(chǎn)安全可靠性，這也是當(dāng)前汽車機(jī)械生產(chǎn)改造所必須把握做好的技術(shù)內(nèi)容。

2? 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中曲軸工作的基本原理

發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于汽車整體運(yùn)行而言是十分重要，它直接決定了汽車整體質(zhì)量與使用壽命。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中包含了多種零部件，其中就有曲軸。目前曲軸制造技術(shù)已經(jīng)逐漸進(jìn)步，例如機(jī)械加工技術(shù)就能夠確保曲軸制造高效率、高水平，影響汽車整體運(yùn)行穩(wěn)定性與汽車運(yùn)行舒適度。

結(jié)合曲軸與發(fā)動(dòng)機(jī)二者工作關(guān)系來講，在對(duì)進(jìn)氣曲軸的上下活塞運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行分析，其活塞運(yùn)動(dòng)加大了氣缸內(nèi)氣體的整體容積，形成了相對(duì)較大的壓強(qiáng)差。如果發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸運(yùn)行到最低位置時(shí)，其進(jìn)氣就會(huì)結(jié)束。在氣體壓縮過程中，需要對(duì)曲軸進(jìn)行自下而上運(yùn)動(dòng)分析，了解其進(jìn)氣閥與排氣閥的開合狀態(tài)。在氣體被成功壓縮混合以后，其壓縮氣體被火花塞直接點(diǎn)燃，同時(shí)釋放熱能，確保曲軸上下運(yùn)動(dòng)形成較大驅(qū)動(dòng)力。而當(dāng)排氣閥完全打開以后，其發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸也會(huì)通過連接桿推動(dòng)作用使得氣缸內(nèi)廢氣在壓力作用下被成功排出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)的有效帶動(dòng)[1]。

3? 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用

就目前來看，我國汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸生產(chǎn)加工正處于核心地位，其作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中最為重要的動(dòng)力傳輸裝置，其重要性不言而喻。為此，全球各國也都在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸制造技術(shù)進(jìn)行研究，深度關(guān)注其生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)化與實(shí)踐應(yīng)用內(nèi)容。在國內(nèi)，采用傳統(tǒng)普通機(jī)床進(jìn)行曲軸制造顯然無法跟上當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)需求，而采用自動(dòng)化機(jī)械加工技術(shù)則能夠確保曲軸加工與生產(chǎn)制造到位，完全取代人工操作環(huán)節(jié)降低曲軸生產(chǎn)制造失誤風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，考慮到曲軸質(zhì)量相對(duì)偏大，其在輕便便捷性方面表現(xiàn)不佳，所以它還是具有較大技術(shù)改進(jìn)空間的。以下就簡單介紹了當(dāng)前國內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)[2]。

3.1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用流程

目前國內(nèi)比較常見的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸材料包含兩種：球墨鑄鐵與鋼材。前者在生產(chǎn)成本上偏低，材料材質(zhì)本身與剛才相近，因此在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸生產(chǎn)制造過程中會(huì)選擇球墨鑄鐵，專門用來生產(chǎn)其主軸頸與連桿軸徑部位。在針對(duì)曲軸材料進(jìn)行熔煉過程中，需要保持材料在爐內(nèi)有效煅燒，同時(shí)觀察其溶解狀態(tài)，形成有效記錄。在有效熔斷完畢后，需要對(duì)曲軸進(jìn)行精細(xì)加工，基于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸制造標(biāo)準(zhǔn)，配合磨床方法對(duì)其進(jìn)行合理加工與改進(jìn)，最后檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的整體運(yùn)行穩(wěn)定性與平衡性。

3.2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的鑄造技術(shù)與鍛造技術(shù)是其最為重要的兩點(diǎn)技術(shù)內(nèi)容，它們都需要運(yùn)用到光譜儀設(shè)備進(jìn)行處理，深度分析讀取其熔煉成分內(nèi)容，確保熔煉材料處理到位，利用先進(jìn)材料進(jìn)行融合加工，例如復(fù)合型材料融合加工。在熔煉過程中要制定相應(yīng)補(bǔ)救措施，采用最新造型方法如擠壓造型法對(duì)氣體排放污染進(jìn)行有效控制，同時(shí)降低生產(chǎn)能耗，提升曲軸整體生產(chǎn)品質(zhì)[3]。

在進(jìn)行汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸鍛造過程中，會(huì)采用到精整液壓機(jī)、自動(dòng)感應(yīng)器等等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)操作，有效減少人為操作失誤，提高曲軸生產(chǎn)加工整體精細(xì)化水平。在自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)過程中還需要實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量模具參數(shù)，確保發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸生產(chǎn)加工管理動(dòng)態(tài)化，所以在生產(chǎn)過程中要結(jié)合實(shí)際需要進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，有效提高其整體生產(chǎn)作業(yè)水平。在自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)過程中需要對(duì)鍛造物件的實(shí)際數(shù)據(jù)與預(yù)定參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最大限度降低數(shù)值誤差，有效提高實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的生產(chǎn)精細(xì)化程度。

在具體生產(chǎn)過程中，需要確保生產(chǎn)工藝流程滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，制定相應(yīng)生產(chǎn)計(jì)劃，明確機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件基本類型。再一點(diǎn)就是分析其零件效果圖與裝配圖，選擇最合適的工藝技術(shù)內(nèi)容，確定工藝技術(shù)路線到位，明確工序步驟，正確填寫加工文件。

另外，基于CAD、CAE、CAM技術(shù)展開曲軸制造加工也是目前比較常見的技術(shù)應(yīng)用之一，它能夠較好完成曲軸結(jié)構(gòu)與制造過程。例如基于CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行曲軸三維模型制造，它希望從根本上確保曲軸質(zhì)量性能到位，基于CAXA建立一個(gè)一體化軟件，記錄模型建模過程，確保用戶能夠隨意修改傳遞模型建構(gòu)設(shè)計(jì)理念內(nèi)容。更為重要的是，基于軟件模型建立后續(xù)三維模型，充分運(yùn)用到曲軸自身特性，結(jié)合元素庫中的“圓柱體”圖素來配合三維球完成模型構(gòu)建過程。其生產(chǎn)設(shè)計(jì)中涉及到曲軸的兩個(gè)連桿軸徑與3個(gè)主軸頸，在設(shè)計(jì)生產(chǎn)中明確其具體尺寸。

再者基于ANSYS對(duì)曲軸三維有限元進(jìn)行分析，分析曲軸制造過程中的重點(diǎn)內(nèi)容，基于CAXA試題設(shè)計(jì)軟件曲軸三維模型，結(jié)合有限元進(jìn)行深度技術(shù)分析，令三維模型結(jié)構(gòu)能夠無限逼近于真實(shí)狀況，再對(duì)曲軸建模過程進(jìn)行實(shí)際調(diào)整，確保機(jī)械結(jié)構(gòu)模態(tài)分析有效到位。在該過程中，要保證曲軸試題建模結(jié)合實(shí)際情況展開，進(jìn)一步分析CAXA模擬數(shù)控加工過程，完成三維建模與模態(tài)分析，利用CAXA軟件模擬數(shù)控加工，結(jié)合數(shù)據(jù)加工過程輸入加工參數(shù)表。在該基礎(chǔ)之上，希望基于系統(tǒng)內(nèi)容提取加工對(duì)象，改變曲面方向，確保系統(tǒng)自動(dòng)開始計(jì)算并生產(chǎn)一套完整的曲軸道具加工比例。在設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合系統(tǒng)提示，對(duì)曲軸模具加工仿真過程進(jìn)行優(yōu)化，可選擇V125的3軸數(shù)控銑床，利用它來專門鑄造毛坯，對(duì)曲軸部分進(jìn)行加工，在整個(gè)加工優(yōu)化普通機(jī)床，專門采取粗加工、精加工總工藝路線。保證加工完成零件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)精加工與粗加工環(huán)節(jié)優(yōu)化調(diào)整，展開幾何仿真教學(xué)公，它其中應(yīng)該包括了靜態(tài)仿真、動(dòng)態(tài)仿真等等加工，降低材料損耗，避免刀具過度磨損問題，同時(shí)能夠有效縮短生產(chǎn)周期，降低成本?？傮w來講，需要應(yīng)用CAD、CAE、CAM技術(shù)簡化機(jī)械生產(chǎn)過程，縮短開發(fā)周期與開發(fā)費(fèi)用，通過對(duì)曲軸進(jìn)行三維建模，建立模態(tài)分析機(jī)制，確保模態(tài)數(shù)控加工到位，為曲軸質(zhì)量、性能提升創(chuàng)造有利條件，保證汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)制造獲得真正發(fā)展。最后，在上述技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)之上還需要對(duì)曲軸的曲柄、軸徑、后端軸與主軸頸等方面進(jìn)行合理化處理，確保核心部位連桿軸徑處理到位，采用高溫熔煉的方式進(jìn)行處理，確保熔煉過程相對(duì)穩(wěn)定、高效。通過虛擬軟件來提高曲軸鉆孔、磨削與拋光處理效率。

3.3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用案例分析

這里舉例日系汽車——豐田，豐田汽車發(fā)動(dòng)機(jī)世界馳名，其故障少且長久耐用，豐田汽車生產(chǎn)線上發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸生產(chǎn)總共包含44道工序，其各種機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備超過60臺(tái)，機(jī)械操作工人僅需要7人。在曲軸材料切削過程中則需要19道工序，其中包含了淬火工序、清洗工序、動(dòng)平衡修正工序、壓鍵工序、加熱壓入齒輪工序、質(zhì)量中心孔測(cè)定工序以及油孔貫通檢查工序?；谶@些工序進(jìn)行分析，確保其機(jī)械化生產(chǎn)與運(yùn)作到位，提高發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸整體性能。在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸端面位置調(diào)整過程中，需要基于中心孔機(jī)械設(shè)備位置對(duì)其曲軸幾何中心位置進(jìn)行分析，確保測(cè)量結(jié)果精確度到位。這里要運(yùn)用到雙轉(zhuǎn)塔數(shù)控車床對(duì)曲軸前后端外圓進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，確保其主軸頸圓弧槽粗加工到位，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸前后兩端的深度精細(xì)加工[4]。

4? 總結(jié)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的機(jī)械生產(chǎn)制造技術(shù)是目前全球都在深入研究實(shí)踐的，其目的就是為了有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的整體穩(wěn)定性與安全性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)曲軸機(jī)械加工技術(shù)的有效改進(jìn)與創(chuàng)新，提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造行業(yè)整體水平品質(zhì)[5]。

參考文獻(xiàn)：

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