挑戰:汽車產(chǎn)能增長迅速,如何滿足車用發動機曲軸的高品質、高效率要求? 解決方案:山特維克可樂(lè)滿優化的曲軸加工工藝 |
汽車製造業,作為實體經濟中(zhōng)的重要一環,近年在(zài)中國獲得了高速發展。如今(jīn),隨(suí)著全球每年汽車產量超過6000萬輛,且需要改進發動機技術,以改善廢氣排放、減輕重量、改善燃料的燃燒性和摩擦係(xì)數以及改(gǎi)善發動機功效等,作為內燃發(fā)動機核心(xīn)零(líng)件的曲軸加工受到越來(lái)越多的關注。
由於發動機用途不一,曲軸也千差萬別。有用於園藝設備(bèi)和摩托(tuō)車的二衝程發動機小曲軸(zhóu),也有用於萬(wàn)噸輪船上柴油機的巨型曲軸,種類繁多,大小不一(yī)。
即使(shǐ)是汽車發(fā)動機的曲軸也各不相同。不同的汽缸直徑(jìng)和工作形程,不同的汽缸數,不同(tóng)的汽(qì)缸布置形式以及發動機不(bú)同的設(shè)計功用以及滿足不同排放要求的設計等等,決定了每個品牌(pái)的不同類型發動機也各不相同。無論從衡量(liàng)汽車的(de)整體性能方(fāng)麵,還是零部件(jiàn)製造難度水平以及製造成(chéng)本(běn)的高低(dī)方麵分析,發動機都是(shì)汽車最為重要的總成。而(ér)作為發動機核(hé)心零部件的5C件中,曲軸無疑是(shì)其(qí)中加工難度最大、加工工藝形式(shì)最為多樣化的工件(jiàn)。
作為大批量生產的零件,汽車曲(qǔ)軸受到成本效益的很大製約,從早期的設計、加工材料和熱處理(lǐ)工藝的選擇以及加工工藝的選擇上,都經過了很多改變。
曲軸的材料,經過了(le)球墨鑄鐵、高抗拉強度的鍛鋼、等溫淬火球鐵(ADI) 等多種選擇。就加工(gōng)難度而(ér)言,調質狀態的鍛鋼,與ADI較(jiào)難加工。而ADI憑借其高強度(dù)、高韌性、成型性能好(hǎo)、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。
從曲軸的加工內容看,有銑端麵(miàn)打中心孔,車法蘭端和小端,軸頸加工,加工油(yóu)孔和動平衡,軸(zhóu)頸根部滾壓和磨削、拋光等。其(qí)中(zhōng),曲軸加工的難點在曲軸軸頸的加工,有數控車、外銑、內(nèi)銑、車拉、車車拉(lā)、高速銑、大切深(shēn)磨削、車銑複合加工(gōng)等多種加工方式。各種加工方式無不(bú)是由曲軸的工藝要求、生(shēng)產批量、投資成本等多種因素下的綜合結果。對於大批量車用曲軸(zhóu),軸(zhóu)頸(jǐng)的加工方式最為典型(xíng)的幾種方式就是外銑、內(nèi)銑、數控車削和車車拉加工等(děng)。山特維克可樂(lè)滿為此在德國設立了集研發、設計、製造為一體的曲軸和凸輪(lún)軸加工應用中心,強力支持山(shān)特維克可樂滿(mǎn)位於世界(jiè)各地的(de)銷售組織更好地為全球的汽(qì)車用戶服務。
作為以技術為(wéi)主導的全球最大的硬質合金製造商(shāng),山特維克可樂滿尤為重視新產品(pǐn)開發和複雜刀具的應用與研發。山特維(wéi)克可樂滿相繼在以下國家和地區為特定的加工應用組建了相關的專業中心:德國Sandvik Dusseldorf 的曲軸(zhóu)和凸輪軸加工應用中心,位於英(yīng)國Sandvik Halesowen的複(fù)雜(zá)的成形銑刀應用中心、以及深孔加工應用中心,以及德國Sandvik Schmalkalden的複(fù)雜的鏜削係統應(yīng)用中心等(děng)。
山特維克可樂滿組建這(zhè)些專業的應用(yòng)中心(xīn)是為了更(gèng)專注於特定的加工(gōng)應用領域、為(wéi)特(tè)定的加(jiā)工應用提供最佳解決方案、支持全球的特定需求(qiú),達到全球經(jīng)驗(yàn)共享,更專業地為用(yòng)戶(hù)提供從設計、製造、應用的全套解(jiě)決方案。
山特維克可樂滿曲軸和凸輪軸加工應用中心位於德國Dusseldorf市(shì),也是山特維克(kè)可樂(lè)滿德國總部。數十年來,為山特維(wéi)克可樂滿全(quán)球範圍提供有(yǒu)關曲軸和凸輪軸加工的解決方案和相關支持,得到來(lái)自瑞典總(zǒng)部和法(fǎ)國,巴西,日本等其它國(guó)家的設計(jì)研(yán)發部門的大力支持,與集團內部相應的刀體及刀片生產單位密切合作,涉及的曲軸加工包括:曲軸法蘭端和小端的加工、曲軸推力麵加工、曲軸車拉、曲軸(zhóu)車/車-車拉、曲軸內銑和外銑、曲軸(zhóu)車銑加工等曲軸加工內容,同時(shí)包括凸輪軸銑削等。
社會的發展要求曲軸加工更加精密,同時(shí)要保(bǎo)證曲軸加(jiā)工的製(zhì)造成本不發生較大變化。綠色和環保的壓力使曲軸製(zhì)造麵臨更多困難:發動機的小型化、發(fā)動機減少廢氣排放的(de)需求、發動機的高功效比(bǐ)要求等等。我們可以(yǐ)用一些(xiē)數據(jù)來(lái)反映此情況: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(hěn)長,而且可(kě)以(yǐ)預測,以保障(zhàng)生產線(xiàn)的連續(xù)可靠的運(yùn)行;根據(jù)加工情況和(hé)熱處理方式的不同,加工循環時間可以優化到十秒以內,並使兩次換刀之間加工8000件曲軸成為可能,以確保較高的班產(chǎn)量。
在德國曲軸和凸輪軸加工應用中心,山特維克可樂(lè)滿的曲軸加工研發團隊擁有經(jīng)過證實成功的業績,並已在全球各地安裝了數以千(qiān)套計的刀具。山特維克(kè)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(tū)輪軸加工應用中(zhōng)心的生產能力和加工能力就可以非常專業地應對汽車工業的需求。
隨著(zhe)曲軸加工解決方案越來越受青睞, 曲軸(zhóu)本身的演變也是一個持續不斷的過程。成功(gōng)的解決方案(àn)取決(jué)於對許多要素細致且廣泛的分析,比如(rú)加工餘量、循環時間(jiān)、設備要(yào)求、加工精度、質量水平以及換(huàn)刀間隔時間等等,沒有一個單一的標準方案,所有的方案都必須依(yī)據各自的應用(yòng)領域量身設計。曲軸需要若(ruò)幹不同的工序才(cái)能完成,鍛件或鑄件作為坯料也各不相同,製造商對工業是否(fǒu)滿意(yì),所有這一切取決於其對曲軸單位(wèi)生產成本、產量和(hé)投資成本的綜合評估。
曲軸所處的部(bù)位(wèi)由發動機的軸承來(lái)支承,是一個要求高強度且穩(wěn)定的機械元件,但作為(wéi)加工工件來說,卻較為複雜且困難。於是,研(yán)究加工(gōng)曲軸(zhóu)就有了各種方法,尤(yóu)其針對汽車發動機曲軸。不管是什麽(me)要(yào)求,山特維克可樂滿能夠根據多年來對刀具設計、刀片槽型和牌號(hào)進行(háng)廣泛的開發(fā),分別優化各種應用,滿足用戶曲(qǔ)軸工藝要求。
當然,曲(qǔ)軸本(běn)身是機械-零件-刀具係統中最薄弱的環節(jiē),部件的不穩定性會影響到最小循環時間(jiān)和質量穩(wěn)定性。這對開發(fā)設計刀具和可轉位刀片以及應用(yòng)帶來(lái)了(le)很高的要求。這意味著(zhe)結合切削刀片的分布,達到(dào)切削力的平衡,以(yǐ)及確(què)立針對各種加工表麵加以優化的高切削參數,避免(miǎn)加(jiā)工(gōng)振動達到切(qiē)削(xuē)順滑流暢。
要成為(wéi)合格的曲軸切(qiē)削刀具供應商,必須具備相應的背景(jǐng)、能力和資源。山特維克可樂滿建立曲軸和凸輪軸能力中心,並把它設在處於歐洲中心位置的德國,就是以這一理念為(wéi)基礎。山特維克可(kě)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(jī)床製造商展開了(le)密切且可信賴的國際合作。
曲軸車削是一種主要用於(yú)加工曲軸(zhóu)主軸頸的靈活方法。在有些情況下,它還用於連杆頸(jǐng)的加工。如果用(yòng)於加工連(lián)杆頸,不平衡、偏離中心的夾持位置需要特殊、有質量(liàng)補償的夾具。車削加工是在(zài)特殊的曲軸加工機或配備特製刀塔的通用車床上進行。由於容易出現長懸伸和振動,因此對刀具的要(yào)求很嚴格。
曲軸的車拉這是一種拉削工藝,可以通過線性車拉方法,對旋轉曲軸刀(dāo)具切向進給常規(guī)直拉刀,隨著拉削工藝(yì)的發展,也采用圓形或螺旋形刀具。該方法雖然有效,但不能靈活適用於各種曲軸結構,所以未能廣泛推行。
曲軸的車-車拉(lā)工藝是車削與車拉(lā)的組合,其中車削和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(zhóu)頸,隨著曲軸旋轉進(jìn)行加(jiā)工。車(chē)削主要是粗加工工(gōng)序,采(cǎi)用安裝在圓刀盤上的刀塊(kuài),切削刃處於工件的中(zhōng)心線。車拉刀具進行精加工切削,通過緩慢旋轉的刀塊對著旋轉曲軸軸頸(jǐng)切向移動。該方法的(de)優點是在圓刀盤上安(ān)裝使用最有效數量的替換刀(dāo)具,相較曲軸(zhóu)外銑(xǐ)和內銑工(gōng)藝,它是加工有軸向沉割的唯一方法。
內銑也稱行星銑,它可以在較長時間裏進行重型銑削(xuē)。銑(xǐ)刀形成一個圓(yuán)環,曲軸在該圓(yuán)環內旋轉。可轉位(wèi)刀片密齒排列,通過刀塊或直(zhí)接安裝在圓環內周上,加工平(píng)衡塊(kuài)外圓、側麵和軸頸。這是一種很穩定的設計,大多用於大型曲軸,或在必須去除大量坯料是使用,常見於重型卡車、工程機械和發電機組用(yòng)發(fā)動機曲軸加工工藝。
外銑主要用於加工大量(liàng)中小型(xíng)汽車曲軸。簡單講,它是一種快速旋轉的密齒側銑刀和麵銑刀的組合,當曲軸以組合運動旋轉(zhuǎn)時(shí),它對工件的軸頸或平衡塊進行加工。外銑的特點是金屬去(qù)除率高,切削定(dìng)位迅速。一般而言,直徑為700毫米的刀盤在圓周安(ān)裝扇(shàn)形塊最多可安裝350片刀片,可加工曲軸軸(zhóu)頸、平衡塊側麵和頂麵。該方法加工循環時間短,處理刀具迅速(sù),刀具調整時間(jiān)短,加工效率很高。
結論
通過與(yǔ)曲軸製造商和機床(chuáng)製造商充分的交(jiāo)流和溝通,尋(xún)求最適合曲軸(zhóu)製造商(shāng)需求的曲軸製造工藝方(fāng)案,在山特維克(kè)可樂滿曲軸和凸(tū)輪軸能力(lì)中心與山特維克當(dāng)地的銷售服務機構的(de)共同參與下(xià),給(gěi)曲(qǔ)軸製造商提供完善(shàn)的技術支持和服務(wù)。
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