汽車發(fā)動機曲軸制造中的機械加工技術(shù)

韓洪濤 姜立巖

摘要：隨著工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段的機械加工技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，為機械制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了諸多優(yōu)勢，同時也面臨更多挑戰(zhàn)，在這些挑戰(zhàn)中，最為主要的就是發(fā)動機制造的質(zhì)量以及發(fā)動機在后續(xù)使用過程中的安全。而在發(fā)動機所有零部件當(dāng)中，曲軸制造質(zhì)量至關(guān)重要，其能對發(fā)動機的運行狀態(tài)產(chǎn)生影響。文章立足于汽車發(fā)動機曲軸制造的角度，對機械加工技術(shù)進行了一些分析。

Abstract： With the continuous development of technology， machining technology at this stage has gradually matured， creating many advantages for the development of machinery manufacturing industry， but also facing more challenges. Among these challenges， the most important is the quality of engine manufacturing and the safety of engine in the follow-up use process. Among all engine parts， the manufacturing quality of crankshaft is very important， which can affect the running state of engine. Based on the angle of automobile engine crankshaft manufacturing， this paper analyzes the machining technology.

關(guān)鍵詞：機械加工技術(shù);汽車發(fā)動機;曲軸制造

Key words： machining technology;automobile engine;crankshaft manufacturing

中圖分類號：U472.9?????????????????????????????????? 文獻標(biāo)識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0105-02

0? 引言

作為汽車發(fā)動機內(nèi)部的重要旋轉(zhuǎn)機件，曲軸在連接連桿之后，可以把承接連桿的上下運動變?yōu)檠h(huán)運動，通過這種方式使發(fā)動機不斷的獲得動力。而機械加工技術(shù)在當(dāng)前制造業(yè)當(dāng)中應(yīng)用頗深，特別是在現(xiàn)階段電子信息技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，以往制造技術(shù)已經(jīng)在制造業(yè)中逐漸處于劣勢，這也為機械加工技術(shù)升級提供了發(fā)展空間。發(fā)動機曲軸制造中機械加工技術(shù)的應(yīng)用能夠大大提高汽車關(guān)鍵部位的安全性，使發(fā)動機的性能獲得技術(shù)方面的保障，使客戶的安全性和使用體驗大大提高。

1? 曲軸制造中機械加工技術(shù)的重要性及技術(shù)操作現(xiàn)狀

1.1 曲軸制造中機械加工技術(shù)的重要性

每一輛汽車生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)都有著很多零件，而對汽車性能造成重要影響的主要有發(fā)動機、車身以及其他電氣部件，在這其中，發(fā)動機質(zhì)量所產(chǎn)生的影響最為明顯。發(fā)動機質(zhì)量與汽車整體的安全性、舒適性密切相關(guān)，同時發(fā)動機的質(zhì)量也會影響到汽車的相關(guān)零部件。為了避免交通事故的發(fā)生，使發(fā)動機一直保持在穩(wěn)定運行的狀態(tài)，就必須重視曲軸。在汽車運行過程中，曲軸經(jīng)過連桿作用之后將會進一步推動活塞，使曲軸保持上下運動狀態(tài)，在活塞運動到最上方時進行排氣，通過這種模式來滿足發(fā)動機的氣體需求，保證其做功。

制造業(yè)發(fā)展的每個階段都涉及模具的使用，模具已經(jīng)應(yīng)用到了各行各業(yè)，模具制造所用到的材料需要有較高的硬度，而模具本身也有著復(fù)雜性的特點。傳統(tǒng)的制造技術(shù)無法在短時間內(nèi)制造出優(yōu)良的模具，而機械加工技術(shù)的使用則使模具制造變得更為簡單，能夠在最短時間內(nèi)制造出精度和質(zhì)量上乘的模具，同時也能夠達(dá)到降低成本的效果。在曲軸最開始被制造出來的時就是作為模具出現(xiàn)的，其在汽車發(fā)動機中能夠發(fā)揮助推作用，其質(zhì)量對于發(fā)動機的運行起到?jīng)Q定性作用。曲軸的生產(chǎn)加工有著較高的難度，無論是結(jié)構(gòu)還是型面都有著較大的復(fù)雜性，近些年來機械加工技術(shù)的使用，使曲軸的質(zhì)量變得更為可靠，就現(xiàn)階段而言，機械加工技術(shù)在汽車制造中不可或缺。

1.2 曲軸制造中機械加工技術(shù)操作現(xiàn)狀

各個機械加工制造企業(yè)在生產(chǎn)活動中，都需要確保員工的專業(yè)性和技能水平，保證員工能夠正常操作機械設(shè)備以及處理一些突發(fā)事項。不僅如此，汽車制造企業(yè)的員工，還應(yīng)當(dāng)對汽車發(fā)動機的所有功能都有全方面的了解，從工作原理出發(fā)才能更好的完成加工作業(yè)。特別需要重視曲軸的相關(guān)工作，但是通過對現(xiàn)階段一些汽車制造企業(yè)的了解可以發(fā)現(xiàn)，一些中小型制造企業(yè)為了能夠獲得更多的經(jīng)濟利益，有效控制其生產(chǎn)成本，往往不重視曲軸制造材料的選擇，這就無法保證曲軸質(zhì)量;同時，在汽車制造企業(yè)當(dāng)中廣泛存在著工作人員綜合素質(zhì)不高的現(xiàn)象，這些員工大多沒有較高的學(xué)歷和較為豐富的專業(yè)知識，同時思想方面先進性不高，這對于實際加工作業(yè)而言無疑更加費時費力，更不能保證曲軸各項參數(shù)的精準(zhǔn)程度，以上兩點是現(xiàn)階段汽車制造企業(yè)普遍存在且需要重點關(guān)注的問題。

2? 曲軸制造中機械加工技術(shù)的應(yīng)用

2.1 基于CAXA實體設(shè)計曲軸三維模型

任何機械產(chǎn)品都需要重點關(guān)注其設(shè)計部分，而曲軸更是如此，為了使曲軸的質(zhì)量和性能得到保障，現(xiàn)階段很多汽車制造企業(yè)在設(shè)計曲軸時，往往會基于CAXA實體設(shè)計曲軸三維模型。由于CAXA是一體化軟件，所以其在實際運用過程中，能夠?qū)ηS建模的所有環(huán)節(jié)進行嚴(yán)密的記錄，同時CAXA的每一位用戶都可以對模型建構(gòu)進行修改，這就使曲軸設(shè)計的容錯率大大提高。該技術(shù)使用的亮點部分在于，通過其設(shè)計出來的軟件模型，能使后續(xù)三維模型設(shè)計有著堅實的基礎(chǔ)。比如：在實際建模環(huán)節(jié)中，需要對曲軸自身的特點進行全方位的考量，結(jié)合對元素庫中“圓柱體”的運用，加之三維球的使用來完整的構(gòu)建出實體模型，此曲軸共有五部分，分別是三個主軸頸以及兩個連桿軸徑，表1所顯示的就是此曲軸的實際尺寸。

2.2 基于ANSYS對曲軸三維有限元進行分析

在整個曲軸制造環(huán)節(jié)中，三維有限元分析可以說是重中之重，在上述階段三維模型的基礎(chǔ)上，利用有限元分析，能夠使三維模型結(jié)構(gòu)在最大程度上與實際情況相符。在建模階段應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際情況來進一步分析機械結(jié)構(gòu)模態(tài)，通過導(dǎo)入已經(jīng)建好的逆模型，然后利用ANSYS軟件完成深入的分析。在此分析階段，首先要完成對各個部分的劃分，之后再對所劃分的每一部分進行分析，基于此，完成整體分析。汽車發(fā)動機曲軸的各個部分在上文中已經(jīng)闡述過，在這些零件部分中，起決定性作用的是連桿軸徑和主軸頸，所以在此處分析階段應(yīng)重點分析這兩部分，而分析方式多采用六面體單位分析，同時，對于發(fā)動機中的曲柄、后軸端的分析方法可以選用自由網(wǎng)格劃分的方式。這些方式的利用能夠大大降低工作量，并且有效提高計算的準(zhǔn)確程度。

為了提高曲軸的可靠度，在完成上述分析獲得最終曲軸有限元模型之后，則可以加以利用來完成下一階段的震動特性的分析，分析目標(biāo)為機器部件及曲軸結(jié)構(gòu)，通過這種方式，能夠得出這兩部件的固有頻率及振型，這兩個參數(shù)是曲軸制造環(huán)節(jié)中必不可少的數(shù)據(jù)。在曲軸的后續(xù)使用階段，動荷載作用會使曲軸發(fā)生周期性變化，并且出現(xiàn)較為強烈的共振，從而增加曲軸動應(yīng)力，甚至還會影響曲軸的使用周期。從以上可以看出，曲軸模態(tài)分析必不可少，現(xiàn)階段計算機技術(shù)發(fā)展迅速的背景下，此種分析已經(jīng)變得較為簡單。

2.3 基于CAXA軟件模擬數(shù)控加工

在上述兩階段分析都完成的基礎(chǔ)上，接下來要做的就是通過使用CAXA軟件來模擬數(shù)控加工，加工上文中的數(shù)據(jù)。接著按照系統(tǒng)提示拾取加工對象，在對曲面方向進行改變之后，系統(tǒng)會進入到自動計算階段，同時形成刀具軌跡，通過以上操作可以完成數(shù)控加工。

3? 曲軸加工制造方法

3.1 加工技術(shù)的選擇

曲軸加工技術(shù)在現(xiàn)階段已經(jīng)有了較高的可選擇性，發(fā)動機種類型號的不同使曲軸的制作也有差別，這就要求相應(yīng)工作人員在制作時，選擇合適的加工技術(shù)?，F(xiàn)階段汽車制造業(yè)一般選擇鍛造加工和數(shù)控加工技術(shù)，而無論是那種加工方法，都會涉及到人為操作。

目前鍛造技術(shù)已經(jīng)較為自動化，通過對自動感應(yīng)器以及精整液壓機等應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了極少人工操作的效果，曲軸的制造在這種技術(shù)下更加可靠。在使用這種技術(shù)時，企業(yè)需要對設(shè)備進行采購，同時注重后期的設(shè)備維保。上文中分析的數(shù)控加工技術(shù)是當(dāng)前企業(yè)運用的主流技術(shù)，這種技術(shù)較之鍛造技術(shù)更為新穎，很多高校都已經(jīng)開設(shè)了數(shù)控專業(yè)來培養(yǎng)這方面的人才，這也使我國的制造業(yè)發(fā)展有了穩(wěn)固的保障。數(shù)控加工技術(shù)對數(shù)控機床的依賴性較高，在使用這種技術(shù)時，相關(guān)工作人員需要預(yù)設(shè)操作程序，之后通過設(shè)備的使用完成切割作業(yè)，這種技術(shù)制作出來的曲軸精度更高，同時也符合絕大部分的市場需求。

3.2 加工方法的優(yōu)化

曲軸制造主要有以下流程，首先是采購制造所需的原材料，相應(yīng)工作人員在采購時，需要著重關(guān)注材料的剛硬度，采購前后都需要對所采購的材料進行檢測，確保無誤之后才能開始加工。前期的基礎(chǔ)加工階段一般選用手工加工，這種粗加工的主要目的是對原材料進行打磨，打磨完成之后開始精加工操作，再就是鉆孔、磨削、滾壓和拋光等作業(yè)，作業(yè)完成之后應(yīng)當(dāng)測試曲軸平衡性，通過測試結(jié)果來判定曲軸質(zhì)量。此種加工方法有著較為緊密的工作流程，同時工作量較大，需要工作人員有著較高的素質(zhì)和較好的心態(tài)，以免因人為原因而導(dǎo)致質(zhì)量不過關(guān)。

在這種情況之下，企業(yè)應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)員工的綜合素質(zhì)，這里的綜合素質(zhì)指的是其專業(yè)能力、心態(tài)以及對公司章程的遵守程度，員工需要有著明確的工作目標(biāo)與總結(jié)經(jīng)驗的能力，才能從一次次作業(yè)中創(chuàng)新方法。

3.3 應(yīng)用案例分析

作為汽車發(fā)動機曲軸當(dāng)中最為常見的一個種類，球墨鑄鐵材料有著自身的優(yōu)勢。在選擇球墨鑄鐵材料的基礎(chǔ)上，首先要做的是加工處理曲軸的各個零件，需要重點處理上文中提到的連桿軸徑和主軸頸等部分。對這兩部分進行處理時，可以選用高溫熔煉的方式，能夠保證作業(yè)的效率及穩(wěn)定性?；静僮魍瓿芍缶涂梢赃M行加工，加工采用機械加工的方式，加之熱處理以及鍛造等，完成對曲軸的鉆孔、磨削、滾壓、拋光。

4? 結(jié)語

本文中所分析的機械加工技術(shù)能夠使曲軸的生產(chǎn)過程更加完善，這種虛擬機械加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，無論是對于汽車制造企業(yè)，還是對于汽車的使用者而言都是極大的利好，汽車曲軸的質(zhì)量在這種技術(shù)之下更為可靠、性能更為強勁，從而助力汽車整體性能的有效提升。機械加工技術(shù)隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展而不斷更新，希望本文的分析能夠為相關(guān)技術(shù)的使用發(fā)展提供參考。

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