工件(jiàn)形態和獨特工藝所決定的大批量、高質量要求,以及特殊解決方案使曲軸加工成為(wéi)汽車工業金屬加工的“超級(jí)聯賽”。
在內燃機中,曲軸的作用是將活塞的往複運(yùn)動轉化為旋轉運動。這就(jiù)意味著劇烈的加速和減速,並伴隨高彎曲變形、高扭矩和振動衝擊,導致(zhì)非常高且多變的(de)應力。
如此極端化(huà)的應力需要精心的設(shè)計和計算、選擇合適的(de)材料以(yǐ)及批量加工(gōng)工藝。這些應力集中於支承軸頸(jǐng)和平衡塊幅板之間的(de)圓角半徑處以及油孔上,因此需要特別關注這些位置的加工。
當今(jīn)市場要求汽車(chē)製造商(shāng)供(gòng)應更小的發動機,同(tóng)時又(yòu)需(xū)要滿足更高的功率和速度要求,這進一(yī)步增加了曲軸的負(fù)荷和應力。於是,製造商不斷地為這些零件尋找強度更高的材料,通常包括高合金金屬。
球墨(mò)鑄鐵是用於較低負(fù)荷發動機(主要是汽油發動機)的標(biāo)準材料,而大馬力發動機(包括大多數柴油發動機(jī))則使用較昂貴的(de)合金鋼鍛件。用於曲軸的(de)鋼(gāng)種一般都會經過各種熱處理,如淬(cuì)火和(hé)回火。在一些特殊的高端應用區(qū)域(包括賽車),曲軸(zhóu)可能(néng)直接從圓(yuán)鋼上加工而成(chéng)。
由於上述條件限製,曲軸加工成為了目前要求最嚴格(gé)的大批量金屬切削加工工藝。曲軸生產線也成為了(le)整個(gè)汽(qì)車製(zhì)造過程中(zhōng)最大的硬質合金(jīn)消耗者。
加工曲軸兩端和軸頸的(de)一種簡單的方式是,在傳統的(de)車床或車削中心上進行車削。這顯然需要從刀柄到加工軸頸表麵之(zhī)間有充(chōng)足的(de)空間。該方(fāng)法的好處包括可以使用(yòng)標準機床、刀具和刀(dāo)片,以達到高靈活性和低成本。
一台專用機床具備車削(xuē)和車拉能力,就可以在曲軸(zhóu)回轉中心上對軸頸進(jìn)行加工。用於粗加工和(hé)精加工的刀片可以同時安裝在同一個刀盤上,一次完整(zhěng)的切削行程就能(néng)加工出一個特別形狀。其他好處包括重複定位精度、良好的加工表麵質量、較小的公差、延長刀具壽命、減(jiǎn)少換刀次數帶(dài)來的機床高利用率以及縮短加工時間等。車拉加工的缺點是專用機床和(hé)刀具的成本(běn)較高,以及需(xū)要使用大量刀片。一個更專業的(de)車削(xuē)方法是運用多齒車刀片,以實(shí)現有利於(yú)鐵屑控製的(de)降成本努力(lì),以及不采用拉削動作。
無論采(cǎi)用什麽方法,曲軸加工的整體目標包括鐵屑控製、延長刀具壽命、縮短加工節(jiē)拍和提高產(chǎn)品質量。
曲軸通(tōng)常由幾(jǐ)台專(zhuān)用機床組(zǔ)成的生產線大批(pī)量生產。但是(shì),單件加工的方式也可用在(zài)一些特殊的交鑰匙項目中(zhōng),例如賽車發動機(jī)曲軸和船用柴油機曲軸。
外部和(hé)內部銑削則代表了另一種方法,特別是連杆頸加工。如果平衡塊有大餘量需(xū)要去除,那(nà)麽裝配帶刀片的(de)刀塊的銑(xǐ)刀盤是極具吸引力的選擇。對於這(zhè)些應用,山特維克可樂滿有超(chāo)過40年的經驗。油孔鑽削和銑(xǐ)削(xuē)加工是曲軸生產中硬質合金消耗量最大的工序(xù)。
在曲軸油孔中,通常孔深是直徑的(de)20倍,因此這是非常困難的加工任(rèn)務。使用最多的工具(jù)包括槍鑽(zuàn)以及采用油霧潤滑的硬質合金麻花鑽。高質量精(jīng)加(jiā)工也必不可少,因為鑽孔周(zhōu)圍有可能形成應力集中。
曲軸應用中心
山特維克可樂滿位於德國杜塞爾多夫的曲軸能力中心全球解決方案經理StefanKnecht表示:“雖然全(quán)世界有好幾百家切削刀具製造商,但是隻有6家有能(néng)力(lì)為(wéi)曲軸加工提供刀具,而(ér)真正推動該領域技術發(fā)展的公司(sī)甚至更少。山特維克可(kě)樂滿就是這(zhè)極少數中的一個。”
該能力中心(xīn)與世界各地的原(yuán)始設備製(zhì)造商及機床製(zhì)造商合作,項目遍布大約20個國家。新興(xìng)市場在這一行業的(de)規模正在擴大,尤其是在中國,該中心最(zuì)近在那裏(lǐ)開(kāi)設了新的分支機構。
總結
曲(qǔ)軸加工是汽車製造中要(yào)求最嚴苛的領域之一(yī)。所(suǒ)有加工方法(fǎ)的關鍵要求都是相同的,包括鐵屑控製、延長刀(dāo)具壽命、縮短加工節拍以及提高產品質量。
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