挑戰:汽(qì)車產能增長迅速,如何滿足(zú)車用發動機曲(qǔ)軸的高品質、高效率(lǜ)要求? 解(jiě)決方案:山特維克可樂滿優化的曲軸(zhóu)加工工藝 |
汽車製造業,作(zuò)為實體經濟(jì)中(zhōng)的重要一環(huán),近年在中國獲得了高速發展。如今,隨著全球(qiú)每年汽車(chē)產量超過6000萬輛,且需要(yào)改(gǎi)進發動機技術,以改善廢氣排(pái)放、減輕重量(liàng)、改善燃料的燃燒性和摩擦(cā)係數以及改善發動機功效等,作為內燃發(fā)動機核心零(líng)件的曲軸(zhóu)加工受到越來越多的關注。
由於發動機用途不(bú)一,曲軸也千差萬別。有用於園藝設備和摩托車的二衝程發動機小曲(qǔ)軸,也有用於萬噸輪船上柴油機的巨型曲軸,種類繁多,大小不一。
即使是(shì)汽車發動機的曲(qǔ)軸也各不相同。不同的汽缸直徑和工作形程,不同的汽缸數,不同的汽缸布置形式以及發動機不同的設計(jì)功(gōng)用以及滿足不同排(pái)放要求的設計等等,決定了(le)每個品牌的不(bú)同類型發(fā)動機也(yě)各不相同。無論從衡(héng)量汽車的整體性能(néng)方麵,還(hái)是(shì)零部件製造(zào)難度水平以及製造成本的高低方麵分析,發動機都是汽車最(zuì)為重要(yào)的總成(chéng)。而作為發動機(jī)核心零部件的5C件中,曲軸無疑是其中加工難度最大、加工工藝(yì)形式最為多樣(yàng)化(huà)的工件(jiàn)。
作為大批量生產的零件,汽車曲軸受到成本(běn)效益的很大製約,從早期的設計、加工材料和熱處理工藝(yì)的選擇以及加工工(gōng)藝的選擇上(shàng),都經過了很多(duō)改變。
曲軸(zhóu)的材料,經過了球墨鑄鐵、高抗拉強度的鍛鋼、等溫淬火球鐵(tiě)(ADI) 等多種選(xuǎn)擇。就加工(gōng)難(nán)度而言,調質狀態的鍛鋼,與ADI較難加工。而ADI憑借其高強度、高韌(rèn)性、成型性能好、成本低、綜合機械性能優良以及輕量化優勢等諸多優點,有望今後在更大範圍內取代鍛鋼(gāng)。
從曲軸(zhóu)的加工內容(róng)看,有銑(xǐ)端麵打中心孔,車法蘭端和小端,軸頸加工,加工油孔和動平衡,軸頸根部滾壓和磨削(xuē)、拋光等。其中,曲軸加工的難點在曲軸軸頸的加工,有數控車、外銑、內銑、車(chē)拉(lā)、車車拉、高速銑、大切深磨削、車銑複合加工等多種加工方(fāng)式。各種加工方(fāng)式無不是(shì)由曲軸的工藝要求、生產批量(liàng)、投資(zī)成本等多種因素下的綜(zōng)合結果。對於大批量車用曲軸,軸頸的加工方式最為典型的(de)幾種方式就是外銑(xǐ)、內銑、數控(kòng)車削和車車(chē)拉加工等。山特維克可樂滿為此在德(dé)國設立了集研發、設計、製造為一(yī)體的曲軸和凸輪軸加工應用中(zhōng)心(xīn),強力支持山特維克(kè)可樂滿位於(yú)世界(jiè)各地的銷售(shòu)組織更(gèng)好地為全球的汽車用(yòng)戶服務。
作為以技術(shù)為主導的全球最大的硬質合金製造商,山特維克可樂滿尤為重視新產品開發和(hé)複雜刀具的應用與(yǔ)研發。山特維克(kè)可樂滿相繼在(zài)以下國家和地區為特定的加(jiā)工應用組建了相關的專業中心:德國Sandvik Dusseldorf 的(de)曲軸和凸輪軸加工(gōng)應用(yòng)中心,位於英國Sandvik Halesowen的複雜的成形銑刀應用(yòng)中心、以及深(shēn)孔加工應用中心,以及德國Sandvik Schmalkalden的複(fù)雜的(de)鏜削係統應用(yòng)中心等。
山特維克可樂滿組建這些專業的應(yīng)用(yòng)中心是為了更專注於特定的加工(gōng)應用領域、為特定的加工應用提供最佳解決(jué)方(fāng)案、支持全球的特定需求(qiú),達到全球經驗共享,更專業地為用戶提供從設計、製造、應用的全套解決(jué)方案。
山特維克可樂滿曲(qǔ)軸和凸輪軸加工應用中心位於(yú)德國Dusseldorf市,也是山特維克可樂滿德國總部。數十年來,為山特維克可(kě)樂滿全球(qiú)範圍提供有關曲軸和凸輪軸加工的解決方案和相關支持,得到來自瑞典總部和法國,巴西,日本等其它國家的設計研發部門的大力支持,與集團(tuán)內部相應的刀(dāo)體及刀片生產單(dān)位密切合作,涉及的曲軸加工包括:曲軸法蘭端和小(xiǎo)端的(de)加工、曲軸推力麵加工、曲(qǔ)軸(zhóu)車拉、曲軸(zhóu)車/車-車拉、曲軸內銑和外(wài)銑、曲軸車銑加工等曲軸(zhóu)加工(gōng)內容,同時包括凸輪軸銑削等。
社(shè)會(huì)的發展要求曲軸加工更(gèng)加精密,同時(shí)要保證曲軸加工的製造成(chéng)本不發生較大變化。綠色和環保的壓力使曲軸製造麵臨更多困難:發動機的小型化、發動機(jī)減少廢氣(qì)排放(fàng)的需求、發(fā)動機的高功效比要求等等。我們可以(yǐ)用(yòng)一些數據來反映(yìng)此情況:如加工汽車曲軸的銑刀,其跳動量一般不超過0.02毫米;刀具壽命必須很長(zhǎng),而且可以預測(cè),以保障生產線的(de)連續可靠的運行;根據加工情況和熱處理方式的(de)不同,加工循環時間(jiān)可以優化到(dào)十秒以內,並使兩次換刀之間加工8000件(jiàn)曲軸成為可能,以確保較(jiào)高的班(bān)產量。
在德國(guó)曲軸(zhóu)和(hé)凸輪軸加工應用(yòng)中心(xīn),山特維克可樂滿的(de)曲軸加工研發團(tuán)隊擁有經過證實成功(gōng)的業績,並已在全球各地安裝了(le)數以千套計的刀具(jù)。山特維克可樂滿曲軸加工的曆史,可以追溯到20世紀70年代。90年代初,該曲軸和凸輪軸加工應用中心的生產能力和加工能力就可(kě)以非常專業地應對汽車工業的需求。
隨(suí)著曲軸加工解決方案越來越受青睞, 曲軸本身的演變也是一個持續不斷的過程。成功(gōng)的(de)解決方案取決於對許多要素細致且廣泛(fàn)的分析,比如加工餘量、循環時間、設(shè)備要求、加工精度、質量水平以及換刀間隔時間等等,沒有一(yī)個單一的標準方案,所有的方案都(dōu)必須依據各自的應用領域量身設計。曲軸需(xū)要若(ruò)幹不同的(de)工序才能完成,鍛件或鑄件作為坯料也各(gè)不相同,製造商對工業是否滿意,所有(yǒu)這一切取決於其對曲軸單位生(shēng)產成本、產量和投資成本的綜合(hé)評估。
曲軸所處的部位由發動(dòng)機的軸承來支承,是一個要求高強度且穩定的機械元(yuán)件,但作為加工工件來說,卻較為複雜且困難。於是,研究加工曲軸就有了各種方法,尤其(qí)針對汽車發動機曲軸。不管是什麽要求,山特維克可樂滿(mǎn)能夠根據多年來對(duì)刀具(jù)設計、刀片槽型和牌號進行廣泛的開發,分別優化各(gè)種應用,滿足(zú)用戶曲軸工藝要求。
當然,曲軸本身是機械-零件-刀具係統中最薄弱的(de)環節(jiē),部件的不穩(wěn)定性會影響到最小(xiǎo)循環時間和質量穩(wěn)定性。這對開發設計刀具(jù)和可轉位刀片以及(jí)應用帶來(lái)了很高的要求。這意味著結合切削刀片(piàn)的分布,達到切削力的平衡,以及確立針對各種加工表麵加以優化的高切削參數,避免加工振動(dòng)達到切削順滑流暢。
要(yào)成為合格(gé)的曲軸切削刀具供應商,必須(xū)具備相應的背景、能力(lì)和資源。山特維克可(kě)樂滿建(jiàn)立曲(qǔ)軸和凸(tū)輪軸(zhóu)能力中心(xīn),並把它設在處於歐洲中心位置的德國,就是以這一理念為基礎。山特維克可樂滿已經與這一區域的曲軸製造商和數(shù)量相對較少的機床製(zhì)造商(shāng)展開了密切且可信賴的國際合作。
曲軸(zhóu)車削是一種(zhǒng)主要用於加工曲軸主軸頸的靈活方法。在有些情況下,它還用於連杆頸的加工。如果用於加工連杆頸,不(bú)平(píng)衡、偏離中心的夾(jiá)持位置(zhì)需要特殊、有(yǒu)質量補償的夾具。車削加工是在特殊的(de)曲軸加工(gōng)機或配備(bèi)特製刀塔的通用車床上進(jìn)行。由於容易出現長懸伸(shēn)和振動,因此對刀具(jù)的要求很嚴格。
曲(qǔ)軸的車拉這是一種拉削(xuē)工藝,可以通過線性車拉方法,對旋轉曲(qǔ)軸刀具切向進給常規直拉刀,隨著拉(lā)削(xuē)工藝的發展,也采用圓形或螺旋形刀具。該方法雖然有效,但不(bú)能靈活適用於(yú)各種曲軸結構,所以未能廣泛推(tuī)行。
曲軸的車(chē)-車拉工藝是車(chē)削與車拉的(de)組合,其中車削和(hé)車拉刀具徑向固定在一個圓刀盤上,圓刀盤沿著平衡塊側麵進入軸頸,隨著曲軸旋轉(zhuǎn)進行加工。車削主要是粗(cū)加工工序,采用安裝在圓刀盤上的刀塊,切削刃處於工件的中心線(xiàn)。車拉刀具進行精加工切削,通過緩慢旋轉的(de)刀塊對著旋轉曲(qǔ)軸軸頸切向移動。該方法的優點(diǎn)是在圓刀(dāo)盤上安裝使用最有效數量的替換刀具,相較曲軸外銑和內銑工藝,它是加工有軸向(xiàng)沉割的唯一方法(fǎ)。
內銑也稱行星銑,它可以在較(jiào)長時間裏進行重(chóng)型銑削。銑(xǐ)刀形成一個(gè)圓(yuán)環,曲軸在該(gāi)圓環內旋轉。可轉位(wèi)刀片密齒排列(liè),通過刀塊或直接安裝在圓環內周上,加工平衡塊外圓、側麵(miàn)和(hé)軸頸。這是一種很穩定的設計,大多用(yòng)於大型曲軸,或在必(bì)須去除大量坯料是使用,常見於重型卡車(chē)、工程機械和發電機組用發動機曲軸加工工藝。
外銑(xǐ)主要用於加工大量中小型汽(qì)車曲軸。簡單講(jiǎng),它是一種快速(sù)旋轉的密齒側銑(xǐ)刀和麵銑刀的組合,當曲(qǔ)軸以組合運(yùn)動旋(xuán)轉時,它對工件的軸(zhóu)頸或平衡塊進行(háng)加(jiā)工。外銑的特點是金屬去除率高,切削定位迅速。一般而言,直徑為700毫米的刀盤在圓周安裝(zhuāng)扇形塊最多可安裝350片刀片,可加工曲軸軸頸、平衡塊側麵和頂麵。該方法加(jiā)工循(xún)環時間短,處理刀具迅速,刀(dāo)具調整時(shí)間短,加工效率很高(gāo)。
結(jié)論
通(tōng)過(guò)與(yǔ)曲(qǔ)軸製造商和機床製造商充分的交流和溝(gōu)通(tōng),尋求最適合曲軸製造商需求的曲軸製造工藝方案,在山特維克可(kě)樂(lè)滿曲軸和凸輪(lún)軸能力中心與山特維克當地的銷售服(fú)務機構(gòu)的(de)共同參與下,給曲軸(zhóu)製造商提供完善的技術支持和服務。
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