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2011/01/29

直面曲軸製造技術及特種工藝

先進的曲軸加工生產線一般都比較短,但效率高、產量大,加工出的曲軸質量好且很穩定。如美國底特律Ford發動機廠曲軸生產線只有17道工序,佔地面積6967m2,但年產V8發動機球鐵曲軸53.5萬件。 其先進技術主要體現在兩個方面:一是大量採用了CNC控制技術,形成柔性生產線;二是應用了許多先進的高速、高效、柔性加工技術,簡化了工藝過程,提高了加工質量,同時也縮短了單件加工時間。 另外,為適應降低成本等需要,近年來發動機曲軸加工採用了很多特種工藝,相比之下,國內大多數生產線還存在較大差距。

  

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  圖1 雙刀盤車-車拉機床

  先進加工技術及裝備

  鑽質量中心孔技術

  曲軸屬於細長類零件,加工過程中主要定位基準是兩端中心孔,按其加工位置可分為兩種:一種是利用雙V型塊或其它方式找出曲軸支承軸頸的幾何中心,在此中心上加工出的中心孔稱為幾何中心孔;另一種是利用專門的質量定心機測出曲軸的質量中心,在此中心上加工出的中心孔稱為質量中心孔。 由於毛坯的幾何形狀誤差和質量分佈不勻等原因,一般兩者並不重合。

  國內生產線中多采用幾何中心孔,但是利用幾何中心孔作定位中心進行車加工或磨加工時,工件旋轉會產生離心力,不僅影響加工質量,降低定心元件的使用壽命,而且在加工後剩餘的動不平衡量較大。 基於這種原因,國外大都採用質量中心孔,利用專門設計的測試設備來測試質量中心,然後加工出中心孔,並且可將銑兩端長度和加工質量中心孔合併為一道工序,採用CNC技術控制,加工效率很高。 但需要注意的是,若毛坯彎曲變形嚴重或質量嚴重分佈不均勻,採用質量中心孔仍不能徹底解決上述問題。 因此,筆者認為曲軸的質量中心孔和幾何中心孔應按毛坯質量的好壞合理選用:如果毛坯質量好,加工餘量小且加工餘量分佈均勻,這時曲軸的質量中心孔與幾何中心孔會基本重合,不必花費較高的經費購置質量定心設備;如果毛坯質量較差,加工餘量大且加工餘量分佈不均勻,則優先選用質量中心孔。


數控車-車拉技術

  車拉技術在國外大量用於半精加工曲軸的主軸頸和連桿軸頸。 其加工形式可分為3種:直線車拉、內環刀具旋轉車拉和外環刀具旋轉車拉。

  數控高速外銑技術

  對於平衡塊側面需要加工的曲軸,CNC高速外銑技術比CNC車削、CNC內銑、車-車拉的生產效率更高。 以四拐曲軸為例,CNC車-車拉工藝加工連桿軸頸要二道工序,而CNC高速外銑只要一道工序即可完成(應用工件迴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迴轉中心隨動跟踪銑削曲軸的連桿軸頸)。

  CNC高速外銑的優點包括:切削速度高(可高達350m/min)、切削和工序循環時間較短、切削力較小、工件溫升較低、刀具壽命高、換刀次數少、加工精度更高且柔性更好,因此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。

  

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  圖2 曲軸CBN磨削

  CNC內銑技術

  CNC內銑加工性能指標高於普通外銑加工,尤其對於鍛鋼曲軸,內銑更有利於斷屑,剛性特別好。 數控內銑銑削工藝是目前國際上曲軸連桿頸粗加工先進的加工方法之一,尤其是大功率鍛鋼曲軸的加工,內銑工藝更是首選。

  數控磨削技術

  曲軸傳統的磨削工藝均採用磨削線速度為35m/s的普通曲軸磨床,砂輪進給和修整為手動進給,軸徑和台肩的磨削餘量大,砂輪耐用度低,需技術工人精工細作才能磨出精品。 目前,曲軸磨削採用多種磨削方式來加工,圖2為曲軸CBN磨削。

  曲軸磨削可採用的技術有單序加工和復合加工等工藝。 採用單序加工方式加工磨削效率很高,磨削後軸頸的跳動量容易控制,砂輪一次修整完畢後能保證各軸頸尺寸的一致性。 缺點是柔性差,只能加工一個系列產品。 加工曲軸前端和後端的有寬砂輪組合磨削等。 例如,磨削四拐曲軸主軸頸採用的工藝有五砂輪磨削(如圖3),磨削四拐曲軸連桿頸採用的工藝有雙砂輪磨削(如圖4)。

  

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  圖3 五砂輪磨削主軸

  

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  圖4 雙砂輪磨削連桿頸

  複合加工是指一次裝夾磨削所有主軸頸和連桿軸頸,磨削連桿軸頸採用先進的擺動跟踪磨削技術,這種磨削方式最大的優點是柔性化好。 複合加工有兩種可以採用的工藝:順序磨削主軸軸頸及連桿軸頸(如圖5)和同步磨削主軸軸頸及/或連桿軸頸(如圖6)。

  

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  圖5 順序磨削主軸頸和連桿頸

  

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  圖6 同步磨削主軸頸及/或連桿頸

  曲軸深油孔加工採用槍鑽技術

  曲軸深油孔加工是曲軸尤其是鍛鋼曲軸加工中的一個難題。 曲軸深油孔的直徑一般在5~8mm之間,從主軸頸到連桿頸傾斜貫通,屬典型細長孔,而且在曲面上加工,工藝性差。 加工深油孔最好的辦法是採用槍鑽工藝。

  槍鑽不但可用來加工深孔(徑長比1:250),而且也可用來加工淺孔(徑長比1:1)。 槍鑽由鑽柄(用於裝夾刀具)、鑽桿(用於連接刀頭,按加工孔的長度確定,採用韌性較好的材料)、鑽頭(切削部分,刀尖是偏心的,採用硬質合金材料)三部分焊接在一起,中間有一通孔,外側面有一直V型槽。 依靠中間通孔實現內冷卻,冷卻液從後刀而上的小孔處噴出,可直接對切削區冷卻。 當使用高壓冷卻液時,其切屑能從被加工孔中通過直V型槽有效排出,無需在鑽削過程中定期退刀來排出切屑。 在加工細長孔時,槍鑽可以將鑽孔、鏜孔、鉸孔一次完成,一次走刀便可加工出高精度(IT6~8級)、直線度(0.16~0.33mm/1000mm)、粗糙度值(Ra3.2~0.1)孔。




曲軸磨削加工實力
NAXOS-UNION (納科索斯-尤尼恩)公司一直以來是曲軸精加工領域的工藝領先者。 2002年5月該傳統企業加盟埃馬克,使埃馬克集團如虎添翼,進一步增強了圓形和非圓形工件加工的技術實力。

NAXOS-UNION
公司製造磨床的歷史可以追溯到120年以前,經驗豐富,工藝卓越。 如今在各類轎車、貨車和固定式發動機曲軸加工領域,更是實力超群,技壓群芳,其產品深受世界著名汽車生產廠和發動機生產廠的喜愛和好評。

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