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EMAG 矢量磨削（xuē）: 曲軸生產的一個重大飛躍

2016-2-16 來源：EMAG 作者：EMAG

當前在汽車生產中，對質量檢（jiǎn）驗的重視程度（dù）越來越高（gāo）。汽（qì）車製造業麵臨的持（chí）續上升的競爭壓力、更加嚴格的法律（lǜ）規定以及（jí）為了避免（miǎn）代價高昂的召回事件等各方麵諸多的考量已經成為汽車製造業未來發（fā）展的基調。例如，據汽車管理（CAM）中心統計，僅在2014年德國就有超過190萬輛汽（qì）車被執行召回。麵對（duì）這種局麵，各個領域（yù）的製造商們不得不加緊改進他們的生產（chǎn）工藝，特別是改進發動機結構的生（shēng）產工藝。其中曲軸就是一個典型的例子: 這種核心組件在未來需要承擔（dān）的（de）穩定性更高，才能將結（jié）構更加緊湊的發動機的特定輸出傳送到齒輪上。為此，采（cǎi）用（yòng）高精密的磨（mó）削工藝至關重要（yào）。在這（zhè）種情況下，EMAG磨削專家的一項新技術，為汽車製造商們開啟了全新的可（kě）能（néng）性：矢（shǐ）量磨削大大削減了複雜的曲軸磨削加工的加工成本。

目前汽（qì）車生產的規（guī）劃人員正試圖“辦他們做不到的（de）事”：一方麵，由於殘酷的競爭形勢需要降低生產成本，但另（lìng）一（yī）方麵，對於許多有高質量和安全要求的部件來（lái）說，在技術和幾何形狀方麵（miàn）正麵臨更嚴格的要求。當然，規劃（huá）人員也正在尋找可利用的工廠和機（jī）械設備：如何應用新的解決方案實現更高效（xiào）的生（shēng）產，以便與技術進步保（bǎo）持同步（bù）？

以卡車曲軸為例

曲軸加工是（shì）這一挑戰的一個很好的例子。整個發動機（jī）的效率和穩定性取決於這一核（hé）心部件。因此，各種（zhǒng）軸承需要（yào）采用磨削工（gōng）藝進行精細地加工，且精度要達到微米要求。特別是在卡車生產中，使（shǐ）用的技（jì）術（shù）必須服從於苛刻的要求，如卡車曲軸（zhóu）始終需要具（jù）有非常（cháng）高的穩定性，這是由於其發動機要求具有（yǒu）較長的運行（háng）時間。因此，磨削此（cǐ）類曲軸（zhóu）時，需要進行精細的加工，這不僅是對連杆軸頸和主軸頸的端麵而言，而且還包括軸（zhóu）承麵和（hé）凸緣之間的圓角（半徑）的加工。整個發（fā）動機的核心組件的（de）每個角落都需仔細加工才（cái）能成為一個完美的工件。對卡（kǎ）車發動（dòng）機來說，必須使振動達到最小程度，從而才能保證運行的平穩，這（zhè）是一個必要條件，而正是這種特殊（shū）的質量要求，使其成為汽車製（zhì）造商們正在遵循的一個模（mó）式。由德國製造商製造的某些汽車已經配備了采用類似方式加工的曲軸。而其支承麵和半徑的組合磨削是特（tè）別具有挑戰性的。一方麵，部（bù）件加工產生的內部應力會（huì）引（yǐn）起部件尺寸的變化。這就是為什麽在耗時的初步磨削步驟（zhòu）之後要跟著進行精密磨（mó）削的原因。另（lìng）一方麵，目前使用的技術涉及大量（liàng）的砂輪磨損。從圓角到平套（tào）環之間的轉換特別會（huì）對工（gōng）具產生（shēng）應力。總而言之，軸承麵和半徑的組合磨削不僅成本特別昂貴而且費時費力。

遵守各（gè）種磨削要（yào）求

位於（yú）德國Salach的EMAG Maschinenfabrik公司磨削技術部的負責人Roland Schmitz對開始的情形這樣解釋說： “鑒於這一切，我（wǒ）們對到目前（qián）為止我們使用的（de）複雜的工藝和各種技術，並基於（yú）我們開發出（chū）一種新技術，我們稱之為矢量磨削（xuē）的技術，進行了全麵仔細的分析。使用這種技術，難以執（zhí）行磨削工作（zuò）的主軸和連杆軸承（chéng）的加工速度變得更快，因此，也更多地降低了成本。” EMAG的工程師們的此（cǐ）項研發源於一（yī）個簡（jiǎn）單的觀察發現：汽缸直徑的（de）磨削（xuē）和曲軸上（shàng）的平凸緣（yuán）的加工有著完全不同的要求。在中央直徑通過多級加工工藝（從粗加工到精加工（gōng），再到精細加工和拋光加工）得到完美、平行的表麵的同時，略顯粗糙的凸緣加工明顯需要較少加工步驟。該部件在加工過程中以特定的方式（shì）產生變形，使情況（kuàng）即使是對機械工程師來（lái）說變得更（gèng）為棘手。在直徑加工過程中，會產生徑向彎曲。因（yīn）此，執行這種加工時需要降低功率。而在（zài）加（jiā）工平（píng）凸緣的過程中產（chǎn）生的軸向彎（wān）曲可忽略不計。但是，這（zhè）種不好的接觸（chù）條件有引起過熱的趨勢，從而會使砂輪更快地磨損。

成（chéng）功的關鍵：精確（què）的控製

“鑒（jiàn）於所有這些差異（yì），舉例來說你可能特別想將直徑和凸緣的磨削加工嚴格地分離開來，以便（biàn）能夠正確地調整磨削（xuē）速度。當然，這樣就會使加工過程減慢。相反，我（wǒ）們的矢量（liàng）磨削技術在一個單一的（de）包羅萬象的、複雜的加工過程中卻能合二為一。我們分別控製磨削速度和各（gè）軸（zhóu）的運動，每個（gè）子程（chéng）序都精確控製，” Schmitz說。在最終結果中顯示出其得天獨厚的優勢：這種新的 EMAG技術能夠完成連杆軸承、主軸頸和套筒分離式軸承的初步磨削加工，比經常用於曲軸加（jiā）工的傳統的雙切入磨削大約節省（shěng）三分之一（yī）的時（shí）間。因此，一個帶有七個軸承的曲軸可以在20分鍾（zhōng）內（而不是以前的35分鍾（zhōng））完全全部磨削，成為大批量生產曲軸的一個重（chóng）大進展，最終使零部件（jiàn）的成本大大減（jiǎn）少。除此之外，精確的過程（chéng）控製是降低工具成（chéng）本的保證，因為在過程的開始階段（duàn），通常是以較低的功率來加工直徑的，以便減少對砂輪的影響。 Schmitz對巨大的成（chéng）本優勢證（zhèng）實說： “我們預計這（zhè）樣會使每個部件削減三分之（zhī）一的（de）工具損耗。”

適合未來發（fā）展的技術（shù）

自今年年初（chū）以來（lái），EMAG已經將該項技（jì）術應用到矢（shǐ）量磨削（xuē）機上。首（shǒu）批產品目前正用於卡（kǎ）車生產中。但是，進行廣泛的汽（qì）車生產擴展並（bìng）沒有什麽障礙。 Schmitz說道： “目（mù）前的趨勢正朝著我們的技術應用方向發（fā）展，可以這麽說，因為（wéi）汽車發動（dòng）機的小型化意味著最（zuì）終會有更大的（de）作用力施加到曲軸上。因此，對（duì）零部件進行更（gèng）廣泛的磨削加工將成為必不可少（shǎo）的條件。因為有了矢量磨削加（jiā）工，使今天我（wǒ）們擁有了更高效的技（jì）術。” 對於這樣的一種（zhǒng）競爭優勢，EMAG的工程師們還打算將其運用到其零部件的加工中。例如，針對凸輪軸和齒輪軸加工都會以相似的方式從矢量磨削技術中（zhōng）獲益。 “我們相信每種情況（kuàng）都有很多應用的可能性，” Schmitz有把握地說。

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