論發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工工藝技術(shù)

胡婷芳

(南昌大學(xué)，江西 南昌 330031)

1 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工技術(shù)設(shè)計(jì)原則與內(nèi)容

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的部件，它承受著來自于連桿的力，并且通過驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)上的其他附件來工作。曲軸受到旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力、往復(fù)慣性力以及周期變化的氣體慣性力的影響，來使曲軸承受彎曲扭轉(zhuǎn)載荷。也因?yàn)榍S高強(qiáng)度的工作，曲軸的原材料必須具有強(qiáng)度大、耐力度強(qiáng)、工作均勻平穩(wěn)等要求。

作為重要的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件之一，曲軸的設(shè)計(jì)工藝內(nèi)容也十分有秩序且復(fù)雜，我們可以將其分為以下內(nèi)容：首先，先確定粗加工的基礎(chǔ)，由粗加工再到細(xì)加工；其次，先加工主表面，再加工副表面；最后，對(duì)兩端面及工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工，并進(jìn)行二次精加工；除了以上的內(nèi)容之外，根據(jù)曲軸零件的結(jié)構(gòu)，選擇加工基準(zhǔn)作為兩端中心孔的基準(zhǔn)。以上就是全部曲軸設(shè)計(jì)的工藝內(nèi)容。

2 曲軸加工工藝的特點(diǎn)

2.1 復(fù)雜的形狀

形狀復(fù)雜的連桿軸頸和曲軸軸頸中心線并非處于同一線上，相應(yīng)地還是具有偏心的差距。相應(yīng)位置的連桿要求設(shè)計(jì)基準(zhǔn)要同時(shí)在曲軸主軸頸與連桿外周均有配重，因此，我們不得不重視以下幾個(gè)方面：對(duì)連桿偏心夾具進(jìn)行一些設(shè)計(jì)時(shí)，連桿軸頸和機(jī)尾架以及機(jī)床的尾軸中心線重合，然后再對(duì)其它系列連桿軸頸進(jìn)行相應(yīng)的加工。為了消除加工過程中的不平衡力，在進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮不同的條件應(yīng)用。

2.2 剛性差

就曲軸的加工來說，剛性差是不容忽視的一點(diǎn)，這是因?yàn)樗枰鄬?duì)較大的長徑，并且還要與曲柄結(jié)構(gòu)結(jié)合，因此造成較差的剛性。同時(shí)，在加工過程中切削力和自重的作用下，曲軸會(huì)發(fā)生橫向的彎曲變形以及很多種問題，這都是要在工藝設(shè)計(jì)中解決的。

2.3 技術(shù)門檻高

作為發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的重要組成部件，曲軸的機(jī)械加工一直是制造過程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。因?yàn)樗闹圃鞂?shí)現(xiàn)要依托強(qiáng)大的技術(shù)支持，因此可以說它的技術(shù)門檻是比較高的。這種高的技術(shù)門檻體現(xiàn)在曲軸設(shè)計(jì)制造過程中，需要保證它的位置、形狀、尺寸等精度要求，所以這就造成曲軸的加工擁有較大的復(fù)雜性與難度。

3 曲軸加工工藝技術(shù)

3.1 兩端中心孔的加工

由于幾何定心與質(zhì)量定心加工方法的不同，各有優(yōu)缺點(diǎn)，所以在曲軸定心加工中，技術(shù)人員必須根據(jù)不同的情況來進(jìn)行合理科學(xué)的選擇。必須對(duì)毛坯質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量評(píng)價(jià)，如果毛坯質(zhì)量相對(duì)比較差，它的一致性也比較差的話，技術(shù)人員可以考慮采用質(zhì)量定心技術(shù)來進(jìn)行處理，但這種方法的相對(duì)成本也比較高。如果毛坯質(zhì)量相對(duì)比較高，技術(shù)人員采用幾何定心能夠使得加工設(shè)備的投資成本較低。因而，許多人會(huì)使用定心加工法來進(jìn)行加工。

3.2 粗加工技術(shù)

根據(jù)曲軸結(jié)構(gòu)、時(shí)間，生產(chǎn)線的面積和成本預(yù)算的相關(guān)要求，曲軸的加工工藝必須要進(jìn)行多方面的考慮。復(fù)合加工、數(shù)控內(nèi)銑以及數(shù)控外銑都是較為普遍的粗加工曲軸技術(shù)，只要對(duì)這些加工技術(shù)進(jìn)行不斷地改革和創(chuàng)新以及一些成本控制，就能完成成本控制效果。

3.3 圓角滾壓強(qiáng)化技術(shù)

圓角滾軋強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用是對(duì)切邊坡口進(jìn)行半精加工后的圓角滾軋。曲軸強(qiáng)化技術(shù)使用一個(gè)非常小的輥軋制壓力角的削弱槽，使其在某個(gè)角度形成一定軋制塑性變形區(qū)域。這個(gè)塑性變形區(qū)域有著產(chǎn)生殘余應(yīng)力、提高硬度、降低表面粗糙度的優(yōu)勢(shì)。產(chǎn)生殘余應(yīng)力可以部分抵消或者全部抵消在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，由此可以提高曲軸在使用過程中的疲勞強(qiáng)度。曲軸沉割槽塑性區(qū)域在圓角的不斷滾壓下形成致密層，這不僅提高了曲軸的硬度，而且大幅度提高了曲軸的疲勞強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度。在圓角滾壓后，沉割槽可達(dá)到遠(yuǎn)低于Ra0.8以下的表面粗糙度，圓角處的應(yīng)力集中程度降低，整個(gè)曲軸的疲勞強(qiáng)度大大提高。

3.4 超精拋光技術(shù)

即使在精密的磨削加工后，曲軸主軸頸和連桿軸頸及兩端油封面的表面還是不甚光滑，這時(shí)候要進(jìn)行超精拋光處理來處理有細(xì)微毛刺的表面，拋光保持與曲軸磨削相反的方向，而發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作的時(shí)候和拋光方向相同，這樣同時(shí)解決了細(xì)微毛刺、油封面和軸瓦可能損壞的問題。傳統(tǒng)的軸頸超精拋光工藝存在加工后變形的問題，甚至尺寸都不一定能保證一致，凹凸性也不確定，產(chǎn)品報(bào)廢率會(huì)比較高?，F(xiàn)在的拋光工藝隨著控制技術(shù)和驅(qū)動(dòng)的發(fā)展和應(yīng)用有了很大的進(jìn)步，運(yùn)用數(shù)控砂帶對(duì)軸頸表面進(jìn)行超精拋光，一次性同時(shí)完成主軸頸、連桿軸頸和兩端軸頸拋光，不僅精度高，而且很穩(wěn)定，效率很高，圓柱度和圓度在兩級(jí)以上拋光之后表面粗糙度也就在0.1以下了，基本就能達(dá)到精密消磨后甚至更好的效果。

4 結(jié)語

現(xiàn)在，汽車工業(yè)成為了國家的戰(zhàn)略支柱，汽車有著很大的重要性，曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中的使用壽命將受到曲軸的極大影響。因此，我國必須努力對(duì)汽車的曲軸不斷進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，讓它發(fā)展得越來越好，帶動(dòng)中國汽車產(chǎn)業(yè)不斷邁上新臺(tái)階。