汽車曲柄零件機(jī)械加工工藝方案優(yōu)化

夏怡文

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提高，汽車在人們?nèi)粘Ｉ钪姓紦?jù)了重要的地位，基于此，我國(guó)汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，許多汽車生產(chǎn)商為了占有汽車市場(chǎng)，便致力于提高創(chuàng)新能力，升級(jí)汽車的加工工藝，以較高的生產(chǎn)技術(shù)來(lái)提高生產(chǎn)效率，從而提高汽車的生產(chǎn)質(zhì)量，以質(zhì)量效益作為占據(jù)市場(chǎng)的核心競(jìng)爭(zhēng)主力。除此之外，汽車還為我國(guó)社會(huì)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供了運(yùn)輸動(dòng)力的保證，因此必須以高質(zhì)量的汽車質(zhì)量才能提高其在社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中所發(fā)揮的效應(yīng)。而在汽車的生產(chǎn)加工過(guò)程中，曲柄是汽車機(jī)構(gòu)中承載動(dòng)力的裝置，同時(shí)也作為零件連接了結(jié)構(gòu)的其他零件，傳遞著汽車的動(dòng)力因素，并且把握著汽車的動(dòng)力方向，由此可見，曲柄零件機(jī)械加工工藝在汽車生產(chǎn)加工中的重要性。本文將圍繞汽車曲柄零件機(jī)械加工工藝，首先對(duì)其進(jìn)行細(xì)致全面的分析，從而引出汽車曲柄零件機(jī)械加工工藝方案的優(yōu)化，希望能給汽車加工行業(yè)提供有價(jià)值的建議。

關(guān)鍵詞：汽車曲柄;零件;機(jī)械加工;工藝方案優(yōu)化

1 引言

汽車的應(yīng)用和發(fā)展促進(jìn)了世界交通產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，并且為社會(huì)的生產(chǎn)力提供了汽車運(yùn)輸力的支撐，促進(jìn)了人們社會(huì)生活方式的轉(zhuǎn)變，也促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)的改革發(fā)展。隨著汽車經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)以及科技生產(chǎn)水平的日漸成熟，汽車生產(chǎn)也不斷吸收先進(jìn)的工藝技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了汽車整體生產(chǎn)水平的提高，汽車質(zhì)量與安全也得到了有效的保證。在我國(guó)汽車制造技術(shù)發(fā)展的大背景下，曲柄零件的工藝加工技術(shù)和方案都趨向成熟，能夠?yàn)槠嚨陌l(fā)動(dòng)裝置提供承載運(yùn)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)方向。

曲柄在汽車中的使用表現(xiàn)為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，曲柄的功能是通過(guò)往返運(yùn)動(dòng)的活塞從而實(shí)現(xiàn)曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將活塞作用力轉(zhuǎn)換成對(duì)外輸出的外輸出的轉(zhuǎn)矩，以驅(qū)動(dòng)汽車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)有活塞組、連桿組、曲軸、飛輪組等零件組成。

在汽車曲柄零件的加工工藝之中，曲柄的零件材料需要進(jìn)行細(xì)致的優(yōu)選，確保零件材料能夠適應(yīng)汽車曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作要求，同時(shí)，曲柄零件的安裝位置必須使用切削技術(shù)進(jìn)行精確地加工，才能保證曲柄工作的合理性和精準(zhǔn)度。汽車曲柄零件的加工工藝的質(zhì)量和精準(zhǔn)度都是依據(jù)加工方案來(lái)規(guī)范的，如果機(jī)械加工工藝的方案在制定設(shè)計(jì)時(shí)存在差錯(cuò)等不合理因素，就容易導(dǎo)致實(shí)際汽車曲柄零件加工實(shí)際效果與零件圖紙效果不符，最終導(dǎo)致汽車曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作效能缺失，進(jìn)而對(duì)汽車的整體生產(chǎn)質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生影響。所以，在進(jìn)行曲柄零件機(jī)械加工時(shí)，一定要優(yōu)化其工藝方案，將加工的精度視為工藝方案的重點(diǎn)設(shè)計(jì)因素。

2 汽車曲柄零件

汽車曲柄零件是構(gòu)成曲柄連桿機(jī)構(gòu)的基本要素，而曲柄連桿機(jī)構(gòu)由機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組三個(gè)部分組成[1]，其中活塞連桿組包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿四種零件;機(jī)體組包括氣缸體、汽缸墊、氣缸蓋、曲軸箱、氣缸套以及油底殼;曲軸飛輪組包括曲軸、飛輪、扭轉(zhuǎn)減震器、平衡軸。這些零件都實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力傳遞以及零件與零件之間的連接，在零件的作用力下形成了曲柄結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了曲柄連桿機(jī)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)中的動(dòng)力效能。

根據(jù)汽車曲柄工作原理和工作要求，對(duì)曲柄零件的材料、尺寸和位置都有嚴(yán)格的要求。首先，汽車曲柄材料要求曲柄零件選擇以SC480的碳素鋼作為優(yōu)質(zhì)材料，同時(shí)曲柄零件的毛坯要以SC480為材料鑄件而成。曲柄零件毛坯的余量是足夠并且穩(wěn)定的，Φ55G7孔的位置精準(zhǔn)是由Φ70提供的精準(zhǔn)協(xié)助，保證了加工的精準(zhǔn)位置。其次，汽車曲柄零件的尺寸以及表面精度在曲柄零件上平面、下平面以及曲柄槽體部分比較容易把握，而在Φ50G7和Φ86H7兩孔是需要通過(guò)準(zhǔn)確的計(jì)算以及精確的切削技術(shù)才能夠把握的。Φ50G7和Φ86H7兩孔之間的距離為1860+0.1。[2]

3 汽車曲柄零件機(jī)械加工工藝方案的分析

根據(jù)汽車曲柄零件在材料、位置、尺寸精準(zhǔn)等要求，經(jīng)過(guò)分析和研究整理，得出了初始的機(jī)械加工工藝方案，具體如下：

（1）經(jīng)過(guò)劃線的操作處理，可以發(fā)現(xiàn)曲柄的零件毛坯是存在缺陷的，各個(gè)位置的加工量也基于毛坯存在不同。

（2）用銑床技術(shù)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)銑削技術(shù)能夠精準(zhǔn)地切削零件的尺寸以及其上平面和下平面，從而將其切削至上平面72mm、下平面67mm以表面精度Ra25，這些參數(shù)都符合曲柄零件在圖紙上的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

（3）曲柄零件的裝夾可以采用組合的壓板，在立式加工的中心過(guò)程之中，一般表現(xiàn)為如下的加工工藝過(guò)程：鏜削是鏜孔經(jīng)常使用的切削工藝，可以將孔的精確度控制為半粗糙到精確加工，對(duì)孔的精確度有一個(gè)良好的把控。而鏜孔，可以通過(guò)加工的方式進(jìn)一步擴(kuò)大孔徑，從而提高孔的精確度，并且能夠降低孔表面的粗糙感，提高其表面精度。因此，在孔Φ86H7一直到孔Φ81幾個(gè)的位置上先用粗糙的加工進(jìn)行鏜孔，其主要作用是為Φ86H7做好精確鏜孔的位置鋪墊，以及可以為Φ55G7的孔做好位置的定位，以此來(lái)為搖擺鉆床上的加工底孔工序做好相應(yīng)的準(zhǔn)備。

（4）鉆床是鉆孔的一種工藝，主要是用鉆頭進(jìn)行加工的鉆孔機(jī)床面，其主要特點(diǎn)是工件固定不懂，刀具鉆孔做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)上一個(gè)步驟的鋪墊，可以使用鉆床來(lái)進(jìn)行孔Φ55G7的底孔加工，而鉆孔工藝從Φ55G7一直持續(xù)到Φ42，以鉆床工藝來(lái)奠定下一步Φ55G7精細(xì)加工的基礎(chǔ)。

（5）用不帶臺(tái)階的平面定位，在立式加工過(guò)程的中心上，用半精細(xì)到精細(xì)的鏜孔加工Φ80到Φ86H7，[3]同樣用半精細(xì)到精細(xì)的鏜孔加工Φ52到Φ52G7。

（6）用67的臺(tái)階平臺(tái)進(jìn)行定位，在應(yīng)用加工的中心上在孔Φ76處停止端口，從而完成了零件圖紙的整個(gè)鏜孔精準(zhǔn)的要求。

以上是汽車曲柄零件機(jī)械加工工藝的初始方案，是當(dāng)前加工方案中比較常見的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，然而經(jīng)過(guò)分析和探究，可以發(fā)現(xiàn)一些既定的問(wèn)題需要解決和完善，以下將問(wèn)題和缺陷羅列了出來(lái)：首先，這種初始的零件機(jī)械加工工藝方案展現(xiàn)出了較低的加工效率，需要采取多種工藝以及工序再加上不同的精準(zhǔn)度的調(diào)節(jié)來(lái)進(jìn)行加工，這個(gè)加工過(guò)程會(huì)花費(fèi)加工團(tuán)隊(duì)大量的工作時(shí)間，所以極其不利于加工效率的提高;其次，有些加工孔，比如Φ52G7和Φ86H7，他們的圓柱度可能會(huì)發(fā)生與設(shè)計(jì)圖紙精準(zhǔn)度不符合的現(xiàn)象。而在加工中心工作的過(guò)程中，主軸功率和曲柄的零件切削加工性能上可能會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的偏差，比如主軸功率不足，切削加工精確度不符合要求，這些細(xì)節(jié)都會(huì)導(dǎo)致孔的圓柱度不夠精確，對(duì)后續(xù)的零件安裝也會(huì)造成程度不一的影響，所以必須進(jìn)一步優(yōu)化方案來(lái)保證加工的精確效應(yīng)。

4 汽車曲柄零件機(jī)械加工工藝方案的優(yōu)化

基于上述所分析的初始工藝方案的不足，結(jié)合當(dāng)前汽車曲柄的性能要求以及曲柄零件的精準(zhǔn)度，從而基于初始工藝方案的基礎(chǔ)上提出了一些優(yōu)化方案和措施，優(yōu)化情況具體如下：

（1）在初始加工方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)化后的方案在第一二步驟的工序是保持不變，即首先經(jīng)過(guò)劃線的操作處理;其次，用銑床技術(shù)進(jìn)行處理，零件切削至上平面72mm、下平面67mm以表面精度Ra25。

（2）在上述步驟完成之后，更換了裝夾方式，使用通用的夾具來(lái)裝夾零件，在此之后的加工過(guò)程的中心機(jī)床上，更改了各個(gè)孔切削的加工方案：首先，在第一次裝夾的時(shí)候，根據(jù)曲柄零件的下平面作為定位的基準(zhǔn)，從而使用銑削工藝進(jìn)行Φ81X5的銑削加工，這個(gè)工序是幫助鏜孔進(jìn)行位置的精準(zhǔn)定位;其次，在Φ81切削加工完成之后，就可以以Φ81好的孔為位置精準(zhǔn)[4]，從而在186的位置上鉆3個(gè)Φ5的孔，為下一步的加工做鋪墊基礎(chǔ);在第二次裝夾的時(shí)候，翻轉(zhuǎn)曲柄零件需要進(jìn)行曲準(zhǔn)夾，從而確保Φ81X5孔位置的精確，以此完成其所在上平面的位置精準(zhǔn)，從而進(jìn)行Φ81X8孔的細(xì)小加工，這個(gè)加工步驟是以Φ50G7孔為位置基準(zhǔn)。

（3）Φ52G7到Φ40的孔都是用鉆削技術(shù)來(lái)加工，以此來(lái)為Φ52G7孔的半精確以及精確加工做好鋪墊作用。

（4）在Φ86H7和Φ52G7兩個(gè)鏜孔的鏜床工藝中，使用的是專業(yè)的裝夾工具：在第一次裝夾時(shí)，使用專業(yè)的夾具，并以Φ81X8來(lái)進(jìn)行位置的定位，然后使用鏜削加工法，控制粗鏜到細(xì)鏜的精確力度，加工Φ40到Φ52G7的孔，并保證其表面的粗糙程度符合設(shè)計(jì)圖紙的要求;第二次裝夾時(shí)，要借助Φ52G7孔來(lái)作為定位基準(zhǔn)，從而使用專業(yè)夾具來(lái)對(duì)Φ70到Φ86H7的孔進(jìn)行鏜削加工，這些孔的表面粗糙程度一定要嚴(yán)格控制處理好。

以上是改良方案的具體內(nèi)容，值得注意的是，在曲柄上加工孔時(shí)，一定要借助平衡塊來(lái)克服外力作用的離心力，保持孔加工的平衡性。

5 結(jié)束語(yǔ)

在初始方案的基礎(chǔ)上，從工藝的順序、采用的技術(shù)以及裝夾工具等內(nèi)容對(duì)方案進(jìn)行了優(yōu)化和調(diào)整，使用優(yōu)化方案進(jìn)行汽車曲柄零件機(jī)械加工工藝后，可以促使其加工效率提高了22%，且加工所產(chǎn)生的材料浪費(fèi)也降低到了1%的水平，以此達(dá)到了汽車曲柄零件加工效率提升的目的，并能夠滿足曲柄連桿機(jī)構(gòu)對(duì)零件加工的精準(zhǔn)要求，有效提高了汽車曲柄連桿機(jī)構(gòu)的整體質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉后進(jìn).淺議汽車曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作原理[J].黑龍江交通科技，2014（37）：148.

[2]佚名.汽車曲柄零件機(jī)械加工工藝方案優(yōu)化[J].科技風(fēng)，2019.

[3]張吉林.汽車曲柄零件機(jī)械加工工藝方案優(yōu)化[J].裝備制造技術(shù)，2018，No.279（3）：153-155.

[4]趙滿倉(cāng).淺議汽車曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作原理[J].黑龍江交通科技，2015，38（12）：155-155.