感謝是行業(yè)可能在實(shí)踐中得經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，尤其是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工工藝難點(diǎn)分析及解決方法得闡述，對(duì)從事相關(guān)工作得一線人員和工程師一定有很大得幫助，深度好文需要小伙伴們靜下心細(xì)細(xì)閱讀。
文章重點(diǎn)介紹了曲軸曲軸主軸頸和法蘭粗加工得工藝加工過程及一種高效復(fù)合車削加工工藝發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)曲軸主軸頸和法蘭高效復(fù)合車削加工過程中經(jīng)常碰到得刀具調(diào)整數(shù)據(jù)測(cè)量和讀取、刀具崩刃、切屑纏繞和曲軸法蘭卡爪印缺陷問題進(jìn)行解決方案闡述。
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典型曲軸加工工藝
曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)制造中得核心零件，制造工藝復(fù)雜，精度要求高，以沉割槽型軸頸結(jié)構(gòu)得四缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸為例，其一般工藝如圖1所示：
圖 1
如果是過渡圓弧型軸頸結(jié)構(gòu)得曲軸，工藝路線稍有不同。一般會(huì)取消沉割槽滾軋和止推檔平面滾軋工序，改變?yōu)檩S頸圓角淬火和磨削。為確保磨削質(zhì)量，一般會(huì)分成粗磨和精磨兩道工序來完成軸頸得精加工。
曲軸毛坯材料有兩種，一種為鍛鋼毛坯，另一種為球墨鑄鐵毛坯。出于材料成本和材料性能考慮，鍛鋼毛坯曲軸一般用于高功率高轉(zhuǎn)矩得增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，球墨鑄鐵毛坯一般用于自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。兩種曲軸毛坯得加工工藝過程基本相同，鑄鐵曲軸毛坯只能使用低溫回火，鍛鋼曲軸毛坯可以使用余溫回火。
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曲軸軸頸切削加工類型
曲軸軸頸切削加工方式多種多樣，各有優(yōu)勢(shì)。從國(guó)內(nèi)曲軸軸頸加工工藝歷史分析，其加工類型有外銑、內(nèi)銑、車削、車?yán)蛙嚒嚴(yán)宸N。外銑、內(nèi)銑、車?yán)蛙?車?yán)眉庸ぴ硪妶D2～圖5。
圖2 外銑加工原理
外銑和內(nèi)銑切削余量大、加工柔性好、加工效率高，但加工表面質(zhì)量較差，且內(nèi)銑和外銑無法加工有軸向位置要求得沉割槽。車?yán)邢髂芤淮吻邢魍瓿奢S頸、沉割槽得加工，加工精度高。車?yán)邢饕矡o法加工有軸向位置要求得沉割槽。車?yán)邢饕呀?jīng)淘汰直線刀具，現(xiàn)在一般都采用旋轉(zhuǎn)刀具。車–車?yán)邢骷婢哕囅骱蛙嚴(yán)邢鞯锰攸c(diǎn)，加工精度高，能夠同時(shí)完成有軸向位置要求得沉割槽加工。
車削、車?yán)蛙嚚C車?yán)S頸切削工藝得缺點(diǎn)是加工柔性較差，無法在一臺(tái)加工設(shè)備上完成全部連桿軸頸得加工內(nèi)容。所以，現(xiàn)在曲軸軸頸加工工藝一般都綜合結(jié)合內(nèi)外銑和車削得切削特點(diǎn)，兼顧加工精度和加工柔性。
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曲軸加工工藝得發(fā)展趨勢(shì)
30年來，曲軸零件得尺寸精度和加工要求沒有很大變化，但每一代發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸機(jī)加工工藝發(fā)展還是變化巨大得，總體趨勢(shì)是高效化、柔性化和高可靠性化。
高效化得典型特征就是自動(dòng)化。另一個(gè)特征是曲軸高效加工工藝得大量應(yīng)用。常用得高效加工工藝有幾何中心孔取代原先得質(zhì)量中心孔；法蘭、主軸頸和軸頭端得復(fù)合加工工藝取代原先需要三道不同工序加工得工藝方法，該工藝也將是感謝詳細(xì)展開講述得內(nèi)容；連桿頸外銑取代原先車-車?yán)に嚕挥鄿鼗鼗鹑〈蜏鼗鼗穑▋H適用于鋼件曲軸）；軸頸跟蹤磨削取代偏心卡盤式磨削。高效化得第三個(gè)特征是曲軸加工采用大量得高效切削方式，譬如高速外銑、CBN砂輪磨削和帶MQL得硬質(zhì)合金刀具高速加工等。
柔性化與高效化是同時(shí)進(jìn)行得。曲軸加工工藝中采用連桿頸外銑和軸頸跟蹤磨削工藝后，也就意味著打通了同一系列曲軸零件得換型生產(chǎn)瓶頸，改變了過去不同升程曲軸零件換型生產(chǎn)時(shí)，必須花費(fèi)較多時(shí)間進(jìn)行偏心卡盤夾具調(diào)整得狀態(tài)。一般單工序得換型時(shí)間可以控制在10min以內(nèi)，為曲軸生產(chǎn)線多品種柔性生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。
可靠性提高，一方面大量新型刀具和加工方式得使用，從切削技術(shù)得進(jìn)步方面確保了曲軸機(jī)加工可靠性得提高，如CBN砂輪磨削方式，每次砂輪修磨可以加工300～500件曲軸，而原先使用剛玉砂輪磨削，每次砂輪修整僅能加工10件曲軸。每次砂輪修磨可以加工數(shù)量得大幅提高極大地保證了零件加工尺寸得一致性，如法蘭、主軸頸、軸頭復(fù)合車削工藝，使得在一臺(tái)機(jī)床上，經(jīng)過一次定位就能完成主軸頸軸線上得全部加工尺寸，避免了原先在三臺(tái)設(shè)備上加工存在得定位誤差對(duì)加工尺寸得影響。兩端面加工使用加工中心或?qū)C(jī)取代原先得通過式多工位加工工藝，既縮減了設(shè)備尺寸，也避免了多次定位得定位誤差。同樣得發(fā)展變化也體現(xiàn)在曲軸斜油孔加工工藝變化上，使用微量潤(rùn)滑（MQL）得麻花鉆切削取代原先得單刃深孔鉆加工工藝。
曲軸車削技術(shù)還在發(fā)展一種高效得高速硬車削工藝。其技術(shù)發(fā)展得思路是使用干式加工工藝達(dá)到目前只能通過濕式磨削工藝達(dá)到得零件加工精度。
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曲軸主軸頸及法蘭粗加工工藝對(duì)比
1.第二代曲軸主軸頸及法蘭粗加工工藝
以某發(fā)動(dòng)機(jī)廠第二代曲軸主軸頸和法蘭粗加工工藝為例，該工藝將軸頭車削、法蘭車削和主軸頸車削分別在三道工序上完成。這樣工藝安排得好處是工件裝夾比較簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備得性能要求較低。缺點(diǎn)也很明顯，工藝路線長(zhǎng)，增加了多次定位得偏差風(fēng)險(xiǎn)，各道工序得加工工藝簡(jiǎn)圖如圖6～圖8所示。
2.第三代曲軸主軸頸及法蘭粗加工工藝
某發(fā)動(dòng)機(jī)廠第三代曲軸將主軸頸和法蘭粗加工工藝集成在一臺(tái)車床上完成，極大地縮短了工藝路線，但對(duì)設(shè)備得技術(shù)性能要求高，加工工藝復(fù)雜，在一次加工節(jié)拍中軸頭和法蘭要自動(dòng)變換一次夾緊位置。一般兩基本不錯(cuò)定位后，先由軸頭端卡爪夾緊軸頭端曲軸得毛坯外圓面，車削法蘭端加工尺寸（包括外圓端面和沉割槽），然后轉(zhuǎn)換為法蘭端夾緊，完成余下得主軸頸和軸頭端車削加工。
該工藝縮短了曲軸法蘭、主軸頸得工藝路線，解決了分成三道工序時(shí)容易產(chǎn)生得軸向定位偏差風(fēng)險(xiǎn)問題。但在實(shí)際生產(chǎn)中，該工藝由于在法蘭端夾緊時(shí)，容易在法蘭外圓表面被纏繞切屑得法蘭端卡爪夾出較深得壓痕，該壓痕一般會(huì)超過后道工序得磨削余量，殘留到成品曲軸得法蘭密封面外圓。按曲軸法蘭密封面外圓得質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不允許有任何表面缺陷，法蘭卡爪痕會(huì)直接導(dǎo)致工件報(bào)廢，若終檢人員不能目測(cè)發(fā)現(xiàn)該缺陷（由于粗加工時(shí)法蘭卡爪印是隨機(jī)產(chǎn)生得），缺陷曲軸就會(huì)流至裝配，該缺陷會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)法蘭密封面外漏油，造成用戶抱怨。
3.曲軸主軸頸及法蘭粗加工工藝發(fā)展趨勢(shì)
曲軸主軸頸及法蘭粗加工工藝得發(fā)展趨勢(shì)是高效化和可靠性得同步提升，主軸頸和法蘭、軸頭得復(fù)合式加工，一次工件裝夾就能完成全部加工內(nèi)容，極大地降低了工件裝夾次數(shù)，降低了自動(dòng)化流水線上機(jī)械手得裝卸負(fù)荷。在減少工序數(shù)得同時(shí)，也節(jié)約了機(jī)械手得規(guī)劃能力。工藝技術(shù)進(jìn)步總是以設(shè)備技術(shù)進(jìn)步為前提得。曲軸主軸頸和法蘭復(fù)合加工工藝得使用需依靠更可靠和更先進(jìn)得車削加工機(jī)床。在一臺(tái)機(jī)床上完成全部主軸和法蘭、軸頭得加工尺寸，需要十幾種不同得車削刀具，加工刀具一般按組安裝在同一個(gè)刀盤上，任何一把刀具得安裝和調(diào)整誤差，都會(huì)直接影響整個(gè)零件得加工質(zhì)量。如何高效、正確地保證復(fù)合車削工藝中復(fù)雜刀盤得刀具安裝和質(zhì)量需要在工藝規(guī)劃中解決得問題。（未完待續(xù)）
下節(jié)精彩內(nèi)容預(yù)告（重磅）：加工工藝難點(diǎn)及解決方法
1.更換刀盤刀具得尺寸調(diào)整數(shù)據(jù)及高效數(shù)據(jù)讀取技術(shù)
2.主軸頸及法蘭車削刀具崩刀現(xiàn)象分析及解決辦法
3.主軸頸及法蘭車削纏繞現(xiàn)象分析及解決辦法
4.曲軸法蘭卡爪印缺陷分析及解決辦法
（感謝已發(fā)表于《汽車工藝師》2017年第1期）
感謝
Lemon
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