基于TRIZ理论的车—车拉曲轴主轴颈粗加工工艺优化.pdf
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1、2023年 第 10 期 /微信号 auto195040汽车制造|Auto Manufacture基于TRIZ理论的车车拉曲轴主轴颈粗加工工艺优化薛飞上汽大众汽车有限公司 上海 201805摘要:针对曲轴车车拉工序主轴颈爆刀频繁的技术问题,根据现场观察设备加工状况分析刀具失效形式。对比国内多家乘用车内燃机曲轴主轴颈粗加工方案,提出了优化方法。在实施过程中遇到设备能力不足的情况,运用TRIZ矛盾矩阵,提出了解决措施并成功实施。主轴颈粗车爆及工废大幅减少,有效降低了生产成本。关键词:车车拉;曲轴主轴颈;爆刀车车拉是目前加工内燃机曲轴主轴颈的主流加工方式(见图1)。车指的是对曲轴主轴各档外圆表面的车
2、削加工。车拉指的是通过梳齿刀对曲轴主轴颈拉削进行精加工。车车拉设备通常具有双刀塔,由数控系统双通道控制,具有高柔性、高效率的特点。随着随动铣削加工技术的成熟,目前也出现了将曲轴的主轴颈与连杆颈全部通过外铣方式加工的方式,达到工序集中,简化生产工艺的目的。但与外铣断续切削性质相比,车车拉属于连续切削,在刀具成本上有较大的优势,尤其是在平衡块侧面不需要加工的情况下。同时对曲轴颈有轴向沉割槽这一工艺特征时,只能采用车车拉加工。图1 车车拉设备微信号 auto1950 /2023年 第 10 期41 Auto Manufacture|汽车制造上汽大众发动机二厂(以下简称发二)生产的EA888发动机曲轴
3、采用德国“MILESSIMMONS”机床公司生产的车车拉设备。据生产线统计AF20主轴颈粗车刀片爆刀平均每月发生10起左右,为生产线爆刀TOP1。该工序每月由主轴颈粗车刀片爆刀引起的工废约20根左右,工废占比10%15%,为生产线工废TOP1(见图2)。观察加工到耐用度换下的刀片,发现刀体中部往往有贯穿性的裂纹,当这种裂纹继续蔓延就会使得刀片破损(见图3),同时还有垂直于刀刃的热裂纹。图2 工废统计情况 图3 刀片破损情况问题分析观察刀片产生裂纹的部位与加工过程,认为产生爆刀有以下原因。1)曲轴毛坯飞边较高。曲轴毛坯采用模锻,最后一道工序是切边。由于切边模刃口钝化,剪切效果减弱。挤压导致合模面
4、产生较高的飞边。车刀加工飞边时受到较大冲击。根据外协质保提供的毛坯会签图样上的技术要求(见图4),曲轴毛坯飞边的高度不得1.5mm。现场测量飞边高度约1.3mm,虽属合格,但我们认为车削刀片的硬质合金牌号和刀具角度是根据连续加工选用的,如果有明显的断续冲击将会大幅缩短刀具耐用度。如需供应商减少飞边厚度需要重新签订毛坯采购合同,这显然短期内无法实现。2)车刀片粗加工轴颈时切削参数较高,最大切削厚度6.7mm、切削速度180m/min、进给量0.46r/mim。切削抗力较大,易产生振动。由于车车拉工序是整个曲轴生产线的瓶颈工序,如降低切削参数势必影响整个曲轴生产线的产量。3)车车拉刀盘结构和刀片的
5、装夹空间限制,刀片采用螺栓紧固的连接方式。刀片中部受螺栓孔影响强度较弱。不易承受弯曲载荷。可以从刀片材质入手,选用添加有钽、铌等元素,韧性和强度较好的硬质合金牌号。但刀片材质优化周期较长,即使优化刀片材质后,在原有高负载加工参数(ap=6.7mm,f=0.46 r/mim)的情况下也很难保证不发生爆刀。是否有一种简单高效的优化方法解决这一问题呢?图4 曲轴毛坯飞边技术要求几种主轴颈粗加工工艺对比对比了国内几家乘用车内燃机曲轴主轴颈粗加工工艺,并整理如下。实线箭头表示刀具切削轨迹,虚线箭头表示刀具快速定位轨迹,阴影表示本工步刀具加工的毛坯部位。1)发二曲轴主轴颈粗加工方案如图5所示。工步1、工步
6、2分别用左右偏刀对曲轴主轴颈两侧端面预加图5 上汽大众发动机二厂曲轴主轴颈粗加工方案2023年 第 10 期 /微信号 auto195042汽车制造|Auto Manufacture工。由于采用立装槽刀,如果不对曲轴主轴颈端面预加工,槽刀座的右侧面就会与曲轴毛坯发生干涉。工步3采用立装槽刀从主轴颈中间下刀。工步4、工步5分别用左右偏刀对主轴颈外圆加工至粗加工尺寸。整个粗加工过程5次换刀,车刀进给速度0.46 r/mim。2)上海大众动力总成有限公司曲轴主轴颈粗加工方案如图6所示。工步1采用双头车刀同时对曲轴主轴颈两侧端面预加工。用该工步代替了发二对应的工步1、工步2的加工内容。工步2工步4与发
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