曲轴制造技术进展与敏捷柔性生产线方案概况样本.doc
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1、曲轴制造技术进展及灵敏柔性生产线方案初探曲轴是发动机心脏;曲轴制造技术是发动机制造技术集中表现。中国汽车发动机关键零部件关键制造技术装备现在依靠进口,而发动机曲轴加工灵敏柔性生产线还处于早期阶段,需要一个长久技术积累和发展过程。 曲轴加工工艺发展演变 1) 20世纪70年代以前,发动机曲轴粗加工采取加工方法是多刀车床车削曲轴主轴颈和连杆轴颈。采取这种方法加工精度较低、柔性很差、工序质量稳定性低,且轻易产生较大内部应力,难以达成合理加工余量。在粗加工后通常需要进行去应力回火处理,释放应力。所以粗加工需要给后续精加工工序留较大加工余量,以去除弯曲变形量。曲轴精加工采取是一般磨削工艺,通常采取MQ8
2、260曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光。通常靠手工操作,加工质量不稳定,废品率较高。 2) 20世纪70年代到80年代左右,曲轴粗加工采取CNC车削、CNC外铣加工,加工情况有所改善。精加工仍以一般磨床磨削工艺为主。 3) 20世纪80年中期又出现了CNC内铣工艺,CNC内铣加工性能指标要高于CNC外铣加工,尤其是对于锻钢曲轴,内铣更有利于断屑。精加工工艺多采取半自动曲轴磨床,头架和尾座同时传动,加工精度有一定提升。 4) 1985年到1990年左右开发出了曲轴车拉、车车拉工艺(图1为双刀盘车车拉),该工艺含有精度高、效率高等优点,尤其适合于平衡块侧面不需要加工且轴颈有沉割槽(包含轴向沉割槽)
3、曲轴,加工后曲轴可直接进行精磨,省去粗磨工序。曲轴精加工已少许采取数控磨床磨削工艺,尺寸一致性得到改善。图1 双刀盘车车拉5) 20世纪90年代中期又开发出CNC高速外铣(图2为双刀盘高速外铣),它对平衡块侧面需要加工曲轴,比CNC车削、CNC内铣、车车拉生产效率还要高。另外,CNC车车拉工艺加工连杆轴颈要二道工序,CNC高速外铣只要一道工序就能完成,含有以下优点:切削速度高(可高达350m/min)、切削时间较短、工序循环时间较短、切削力较小、工件温升较低、刀具寿命高、换刀次数少、加工精度更高、柔性愈加好。所以CNC高速外铣将是曲轴主轴颈和连杆轴颈粗加工发展方向。精加工使用数控磨床,采取静压
4、主轴、静压导轨、静压进给丝杠(砂轮头架)和线性光栅闭环控制等控制装置,使各尺寸公差及形位公差得到可靠确保,精加工还广泛使用数控砂带抛光机进行超精加工,经超精加工后曲轴轴颈表面粗糙度最少提升一级精度。图2 双刀盘高速外铣20世纪90年代开发CBN高速磨削。英国LANDIS企业生产曲轴磨床,磨削速度高达120m/s,用扒皮法一次装夹从毛坯到精磨完成,耗时仅几分钟时间。这将会出现以磨替换其它粗加工工艺新局面。 6) 进入二十一世纪以后,复合加工工艺已进入曲轴制造业中。复合机床应含有工序集成功效,多个加工集成功效。奥地利WFL企业生产卧式车铣复合加工中心(图3为M40G型)能在曲轴硬化前“一次装夹,全
5、部加工”,加工后曲轴可直接转入精加工工序;曲轴精加工方面,也出现了工序集成CBN数控磨床,即一次装夹磨削全部曲轴主轴颈和连杆轴颈(摆动跟踪磨削)。 图3 M40G车铣复合加工中心由以上演变能够看出,曲轴加工工艺正向着高速、高效、复合化方向发展。现在较为流行粗加工工艺是主轴颈采取车车拉工艺和高速外铣,连杆颈采取高速随动外铣,全部采取干式切削;精加工采取数控磨床加工,含有自动进给、自动修正砂轮、尺寸和圆度自动赔偿、自动分度和两端电子同时驱动等功效。主轴颈和连杆颈可一次装夹全部磨削完成;超精加工采取数控砂带抛光机,带尺寸控制装置。 经典曲轴加工优异装备性能介绍 1) CNC高速随动外铣(图4):现介
6、绍一款型号为VDF 315 OM-4高速随动外铣床性能。该机床是德国BOEHRINGER企业专为汽车发动机曲轴设计制造柔性数控铣床,该设备应用工件回转和铣刀进给伺服连动控制技术,能够一次装夹不改变曲轴回转中心随动跟踪铣削曲轴连杆轴颈。采取一体化复合材料结构床身,工件两端电子同时旋转驱动,含有干式切削、加工精度高、切削效率高等特点;使用SIEMENS 840D CNC控制系统,设备操作说明书在人机界面上,经过输入零件基础参数即可自动生成加工程序,能够加工长度450700mm、回转直径在380mm以内多种曲轴,连杆轴颈直径误差为0.02mm。 图4 CNC高速随动外铣机CNC车-车拉机床:该设备一
7、次设定能完成全部同心圆车削,并在同一台机床上完成车车拉(车侧端面)加工,加工效率高,经过使用特殊卡盘和刀具系统还能实现柔性加工,且机床保养简便维护成本也较低,尤其适适用于平衡块侧面不需加工、轴颈有沉割槽曲轴。其中拉削工艺可用高效梳刀(图5)车削工艺替换,梳刀加工通常放到该工序最终工步,经过微量径向进给和纵向车削实现高速精加工。 图5 梳刀刀片2) 曲轴止推面车滚专机(图6):该设备用于对曲轴止推面精车滚压加工,并含有以下技术特点:滚压抛光止推面并在线测量、滚压抛光替换磨削加工、可同时进行车削加工、在刀盘上装有滚压抛光装置、可取得更高精度。现在性能很好设备有德国赫根塞特(HEGENSCHEID)
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