淺談汽車曲軸加工工藝

馬亞亞　?。ㄖ貞c電訊職業(yè)學(xué)院,重慶　400850）

淺談汽車曲軸加工工藝

馬亞亞
（重慶電訊職業(yè)學(xué)院,重慶400850）

本課題根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸結(jié)構(gòu)、工程規(guī)范及工作特點(diǎn)，主要探討當(dāng)前主流曲軸生產(chǎn)廠家曲軸加工的工藝路線，采用的主要加工設(shè)備以及各種加工設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)各種曲軸加工過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題。

發(fā)動(dòng)機(jī)；曲軸；工藝分析；工藝設(shè)計(jì)；加工設(shè)備

1　概述

機(jī)體是發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要組成部分，是整個(gè)結(jié)構(gòu)中的主體部分，各個(gè)零部件的安裝都要在機(jī)體上進(jìn)行，需要承受各種應(yīng)力帶來(lái)的負(fù)載。機(jī)體組主要組成部分包括缸體、曲軸箱、缸蓋、曲軸、凸輪軸、飛輪等零件組成。

1.1缸體

在水冷發(fā)動(dòng)機(jī)中，通常情況下，缸體和上曲軸箱是鑄成一體的，缸體所用材質(zhì)為一般為灰鑄鐵或者鋁合金，上部的圓柱形空腔為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運(yùn)動(dòng)的空間。在缸體內(nèi)部鑄有許多加強(qiáng)筋，冷卻水套和潤(rùn)滑油道等。

1.2氣缸蓋

汽缸蓋安裝于缸體的上部，與上部的密封氣缸組成燃燒室。在燃燒室運(yùn)行工況下，汽缸蓋會(huì)處于高溫高壓的環(huán)境下，由此需要承受較強(qiáng)的負(fù)荷，在熱力和壓力的作用下，會(huì)對(duì)其造成一定的損壞。為了保護(hù)汽缸蓋的性能，在內(nèi)部安置冷卻水套進(jìn)行防護(hù)，并且在下端面與缸體間有冷卻水孔連接，通過(guò)循環(huán)冷水來(lái)降低燃燒室的溫度。

缸蓋上還裝有進(jìn)、排氣門座，氣門導(dǎo)管孔，用于安裝進(jìn)、排氣門，還有進(jìn)氣通道和排氣通道等。汽油機(jī)的缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機(jī)的缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用以安裝凸輪軸。

缸蓋所采用的材質(zhì)對(duì)于壓縮比有重要的影響，在灰鑄鐵和鋁合金兩種材質(zhì)中，由于鋁合金的導(dǎo)熱性能較好，能夠有效的提高壓縮比，所以鋁合金汽缸蓋應(yīng)用的比例越來(lái)越大。

1.3曲軸

曲軸為發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)重要的旋轉(zhuǎn)零部件，承擔(dān)著動(dòng)力轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵角色。曲軸在裝上連桿后，承接活塞的上下(往復(fù))運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運(yùn)動(dòng)，從而牽動(dòng)車輛前進(jìn)。其作用性和對(duì)零部件自身的尺寸精度及性能要求特別突出。

曲軸主要有兩個(gè)重要加工部位：主軸頸和連桿頸。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個(gè)典型的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程就是：活塞經(jīng)過(guò)混合壓縮氣的燃爆，推動(dòng)活塞做直線運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此曲軸加工的好壞將直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能的表現(xiàn)。

2　曲軸結(jié)構(gòu)、工程規(guī)范

曲軸結(jié)構(gòu)的劃分根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)而定，發(fā)動(dòng)機(jī)是一整套動(dòng)力輸出設(shè)備，主要可分為：內(nèi)燃機(jī)、外燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)三類。

發(fā)動(dòng)機(jī)按燃料分為柴油機(jī)、汽油機(jī)、天然氣機(jī)；按實(shí)現(xiàn)循環(huán)分為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)；按冷卻方式分為水冷發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)；按點(diǎn)火方式分為壓縮式發(fā)動(dòng)機(jī)和點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)；按氣體混合方式分為外部混合發(fā)動(dòng)機(jī)混合發(fā)動(dòng)機(jī)；按進(jìn)氣方式分為自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)；按氣缸數(shù)分為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，其中多缸發(fā)動(dòng)機(jī)又分為直列立式、直列臥式、V型、對(duì)置式、H型、X型、星型等。而對(duì)于曲軸的分類主要分為單缸、3缸、4缸、V型等，顧名思義每個(gè)缸數(shù)對(duì)應(yīng)曲軸的1個(gè)曲拐(連桿頸)，對(duì)應(yīng)的V型發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸分為V6、V8等。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的汽車主要配置3缸體、4缸和V型發(fā)動(dòng)機(jī)。

曲軸的材質(zhì)首先得滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝正確合理，主要是材料強(qiáng)度決定曲軸的體積、重量和壽命。除了曲軸材料的優(yōu)良機(jī)械性能，還要求高耐磨性、耐疲勞性和沖擊韌性。當(dāng)前曲軸的主要材質(zhì)為球墨鑄鐵、鍛鋼，而高強(qiáng)度的球墨鑄鐵憑借其具備的高強(qiáng)度、高耐磨性及低密度更受市場(chǎng)歡迎。

曲軸的工程規(guī)范主要包括曲軸軸頸的材質(zhì)性能、滾壓條件、疲勞強(qiáng)度、尺寸精度、表面粗糙度以及清潔度要求等。材質(zhì)性能主要通過(guò)曲軸的材料以及機(jī)械加工過(guò)程中的熱處理來(lái)保證，而對(duì)于球墨鑄鐵材質(zhì)的曲軸因?yàn)椴牧媳旧淼母吣湍バ?，一般主機(jī)廠都不要求機(jī)械加工過(guò)程中進(jìn)行熱處理工藝。滾壓條件密切聯(lián)系曲軸的疲勞強(qiáng)度，滾壓條件主要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)額定沖擊功率和額定負(fù)載等決定。滾壓條件分為恒壓力滾壓和變壓力滾壓，二者區(qū)別在于軸頸滾壓時(shí)圓周方向的滾壓壓力是否變化。疲勞強(qiáng)度的另外一個(gè)關(guān)鍵因素為材質(zhì)的機(jī)械性能和化學(xué)成分。曲軸表面粗糙度決定曲軸磨損情況的好壞，當(dāng)前國(guó)內(nèi)曲軸的主流表面的粗糙度要求在Ra0.2或Ra.15。同時(shí)在曲軸止推面粗糙度要求Ra0.4的基礎(chǔ)上增加了Tp值要求，Tp值的要求相當(dāng)于模擬汽車在磨合期過(guò)后止推面實(shí)際承受面積占總面積的百分比。

3　曲軸加工過(guò)程中常見問(wèn)題

曲軸在機(jī)加工過(guò)程中常見的問(wèn)題主要有連桿頸寬度超差、軸頸圓度超差、連桿頸相位超差等。其中連桿頸寬度影響連桿的側(cè)隙大小，離合器工作狀態(tài)會(huì)使曲軸向動(dòng)力輸入端移動(dòng)，如果側(cè)隙過(guò)大會(huì)造成連桿頸側(cè)面與曲軸連桿頸側(cè)面碰擦，因此在加工過(guò)程中需要考慮對(duì)該尺寸的重點(diǎn)控制，同時(shí)還需要考慮滾壓對(duì)該寬度尺寸的影響等。軸頸的圓度直接影響軸瓦的局部磨損，該尺寸為曲軸中的一個(gè)重要特性。而圓度超差的根本原因分為磨床砂輪動(dòng)平衡值偏大、磨削工序的定位基準(zhǔn)尺寸(前后中心孔)不合格、工件夾緊裝置問(wèn)題。遇到該類問(wèn)題需要逐項(xiàng)原因進(jìn)行排查和解決。在以上原因排除后，另外一個(gè)原因就是磨床自身圓度補(bǔ)償數(shù)據(jù)問(wèn)題。這時(shí)需要根據(jù)當(dāng)前圓度值進(jìn)行圓度修正?，F(xiàn)在大多數(shù)設(shè)備具備該項(xiàng)功能，相對(duì)起來(lái)操作更加方便。連桿頸相位指連桿頸的角向尺寸，該特性直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的做功階段和輸入輸出的銜接，因此也是曲軸的一個(gè)重要特性。相位超差的根本原因可分為粗精加工定位基準(zhǔn)不統(tǒng)一、精加工定位基準(zhǔn)質(zhì)量不穩(wěn)定。在分析過(guò)程中可有針對(duì)性地進(jìn)行排查。

曲軸是在工作過(guò)程中，不斷承受彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，且在不同情況下承受其它各種復(fù)雜的沖擊等。所以，曲軸加工質(zhì)量的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能表現(xiàn)?？蛻羧簩?duì)車輛的質(zhì)量和動(dòng)力的要求日益提高，對(duì)曲軸的質(zhì)量也提出了更高和更多的要求。隨著中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，相應(yīng)的新工藝、新設(shè)備、新材料也不斷涌現(xiàn)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。高速、高效加工在曲軸制造業(yè)也有相當(dāng)程度的應(yīng)用，并成為主要發(fā)展方向，相信曲軸制造技術(shù)在將來(lái)也會(huì)有更新、更快的發(fā)展。

[1]陳宏鈞.用機(jī)械加工工藝手冊(cè)[K].北京機(jī)械工業(yè)出版社,2004(08).

[2]陳明主.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社,2005(07).

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