汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸制造中機(jī)械加工探究

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摘要：隨著工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段的機(jī)械加工技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，為機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了諸多優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也面臨更多挑戰(zhàn)，在這些挑戰(zhàn)中，最為主要的就是發(fā)動(dòng)機(jī)制造的質(zhì)量以及發(fā)動(dòng)機(jī)在后續(xù)使用過(guò)程中的安全。而在發(fā)動(dòng)機(jī)所有零部件當(dāng)中，曲軸制造質(zhì)量至關(guān)重要，其能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生影響。文章立足于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸制造的角度，對(duì)機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行了一些分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工技術(shù)；汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)；曲軸制造

0引言

作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的重要旋轉(zhuǎn)機(jī)件，曲軸在連接連桿之后，可以把承接連桿的上下運(yùn)動(dòng)變?yōu)檠h(huán)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)這種方式使發(fā)動(dòng)機(jī)不斷的獲得動(dòng)力。而機(jī)械加工技術(shù)在當(dāng)前制造業(yè)當(dāng)中應(yīng)用頗深，特別是在現(xiàn)階段電子信息技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，以往制造技術(shù)已經(jīng)在制造業(yè)中逐漸處于劣勢(shì)，這也為機(jī)械加工技術(shù)升級(jí)提供了發(fā)展空間。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸制造中機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用能夠大大提高汽車(chē)關(guān)鍵部位的安全性，使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能獲得技術(shù)方面的保障，使客戶的安全性和使用體驗(yàn)大大提高。

1曲軸制造中機(jī)械加工技術(shù)的重要性及技術(shù)操作現(xiàn)狀

1.1曲軸制造中機(jī)械加工技術(shù)的重要性

每一輛汽車(chē)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)都有著很多零件，而對(duì)汽車(chē)性能造成重要影響的主要有發(fā)動(dòng)機(jī)、車(chē)身以及其他電氣部件，在這其中，發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量所產(chǎn)生的影響最為明顯。發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量與汽車(chē)整體的安全性、舒適性密切相關(guān)，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量也會(huì)影響到汽車(chē)的相關(guān)零部件。為了避免交通事故的發(fā)生，使發(fā)動(dòng)機(jī)一直保持在穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，就必須重視曲軸。在汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，曲軸經(jīng)過(guò)連桿作用之后將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)活塞，使曲軸保持上下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在活塞運(yùn)動(dòng)到最上方時(shí)進(jìn)行排氣，通過(guò)這種模式來(lái)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體需求，保證其做功。制造業(yè)發(fā)展的每個(gè)階段都涉及模具的使用，模具已經(jīng)應(yīng)用到了各行各業(yè)，模具制造所用到的材料需要有較高的硬度，而模具本身也有著復(fù)雜性的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的制造技術(shù)無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)制造出優(yōu)良的模具，而機(jī)械加工技術(shù)的使用則使模具制造變得更為簡(jiǎn)單，能夠在最短時(shí)間內(nèi)制造出精度和質(zhì)量上乘的模具，同時(shí)也能夠達(dá)到降低成本的效果。在曲軸最開(kāi)始被制造出來(lái)的時(shí)就是作為模具出現(xiàn)的，其在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中能夠發(fā)揮助推作用，其質(zhì)量對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行起到?jīng)Q定性作用。曲軸的生產(chǎn)加工有著較高的難度，無(wú)論是結(jié)構(gòu)還是型面都有著較大的復(fù)雜性，近些年來(lái)機(jī)械加工技術(shù)的使用，使曲軸的質(zhì)量變得更為可靠，就現(xiàn)階段而言，機(jī)械加工技術(shù)在汽車(chē)制造中不可或缺。

1.2曲軸制造中機(jī)械加工技術(shù)操作現(xiàn)狀

各個(gè)機(jī)械加工制造企業(yè)在生產(chǎn)活動(dòng)中，都需要確保員工的專(zhuān)業(yè)性和技能水平，保證員工能夠正常操作機(jī)械設(shè)備以及處理一些突發(fā)事項(xiàng)。不僅如此，汽車(chē)制造企業(yè)的員工，還應(yīng)當(dāng)對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的所有功能都有全方面的了解，從工作原理出發(fā)才能更好的完成加工作業(yè)。特別需要重視曲軸的相關(guān)工作，但是通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段一些汽車(chē)制造企業(yè)的了解可以發(fā)現(xiàn)，一些中小型制造企業(yè)為了能夠獲得更多的經(jīng)濟(jì)利益，有效控制其生產(chǎn)成本，往往不重視曲軸制造材料的選擇，這就無(wú)法保證曲軸質(zhì)量；同時(shí)，在汽車(chē)制造企業(yè)當(dāng)中廣泛存在著工作人員綜合素質(zhì)不高的現(xiàn)象，這些員工大多沒(méi)有較高的學(xué)歷和較為豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，同時(shí)思想方面先進(jìn)性不高，這對(duì)于實(shí)際加工作業(yè)而言無(wú)疑更加費(fèi)時(shí)費(fèi)力，更不能保證曲軸各項(xiàng)參數(shù)的精準(zhǔn)程度，以上兩點(diǎn)是現(xiàn)階段汽車(chē)制造企業(yè)普遍存在且需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

2曲軸制造中機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用

2.1基于CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)曲軸三維模型

任何機(jī)械產(chǎn)品都需要重點(diǎn)關(guān)注其設(shè)計(jì)部分，而曲軸更是如此，為了使曲軸的質(zhì)量和性能得到保障，現(xiàn)階段很多汽車(chē)制造企業(yè)在設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，往往會(huì)基于CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)曲軸三維模型。由于CAXA是一體化軟件，所以其在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，能夠?qū)ηS建模的所有環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)密的記錄，同時(shí)CAXA的每一位用戶都可以對(duì)模型建構(gòu)進(jìn)行修改，這就使曲軸設(shè)計(jì)的容錯(cuò)率大大提高。該技術(shù)使用的亮點(diǎn)部分在于，通過(guò)其設(shè)計(jì)出來(lái)的軟件模型，能使后續(xù)三維模型設(shè)計(jì)有著堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。比如：在實(shí)際建模環(huán)節(jié)中，需要對(duì)曲軸自身的特點(diǎn)進(jìn)行全方位的考量，結(jié)合對(duì)元素庫(kù)中“圓柱體”的運(yùn)用，加之三維球的使用來(lái)完整的構(gòu)建出實(shí)體模型，此曲軸共有五部分，分別是三個(gè)主軸頸以及兩個(gè)連桿軸徑，表1所顯示的就是此曲軸的實(shí)際尺寸。

2.2基于ANSYS對(duì)曲軸三維有限元進(jìn)行分析

在整個(gè)曲軸制造環(huán)節(jié)中，三維有限元分析可以說(shuō)是重中之重，在上述階段三維模型的基礎(chǔ)上，利用有限元分析，能夠使三維模型結(jié)構(gòu)在最大程度上與實(shí)際情況相符。在建模階段應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況來(lái)進(jìn)一步分析機(jī)械結(jié)構(gòu)模態(tài)，通過(guò)導(dǎo)入已經(jīng)建好的逆模型，然后利用ANSYS軟件完成深入的分析。在此分析階段，首先要完成對(duì)各個(gè)部分的劃分，之后再對(duì)所劃分的每一部分進(jìn)行分析，基于此，完成整體分析。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的各個(gè)部分在上文中已經(jīng)闡述過(guò)，在這些零件部分中，起決定性作用的是連桿軸徑和主軸頸，所以在此處分析階段應(yīng)重點(diǎn)分析這兩部分，而分析方式多采用六面體單位分析，同時(shí)，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)中的曲柄、后軸端的分析方法可以選用自由網(wǎng)格劃分的方式。這些方式的利用能夠大大降低工作量，并且有效提高計(jì)算的準(zhǔn)確程度。為了提高曲軸的可靠度，在完成上述分析獲得最終曲軸有限元模型之后，則可以加以利用來(lái)完成下一階段的震動(dòng)特性的分析，分析目標(biāo)為機(jī)器部件及曲軸結(jié)構(gòu)，通過(guò)這種方式，能夠得出這兩部件的固有頻率及振型，這兩個(gè)參數(shù)是曲軸制造環(huán)節(jié)中必不可少的數(shù)據(jù)。在曲軸的后續(xù)使用階段，動(dòng)荷載作用會(huì)使曲軸發(fā)生周期性變化，并且出現(xiàn)較為強(qiáng)烈的共振，從而增加曲軸動(dòng)應(yīng)力，甚至還會(huì)影響曲軸的使用周期。從以上可以看出，曲軸模態(tài)分析必不可少，現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速的背景下，此種分析已經(jīng)變得較為簡(jiǎn)單。

2.3基于CAXA軟件模擬數(shù)控加工

在上述兩階段分析都完成的基礎(chǔ)上，接下來(lái)要做的就是通過(guò)使用CAXA軟件來(lái)模擬數(shù)控加工，加工上文中的數(shù)據(jù)。接著按照系統(tǒng)提示拾取加工對(duì)象，在對(duì)曲面方向進(jìn)行改變之后，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入到自動(dòng)計(jì)算階段，同時(shí)形成刀具軌跡，通過(guò)以上操作可以完成數(shù)控加工。

3曲軸加工制造方法

3.1加工技術(shù)的選擇

曲軸加工技術(shù)在現(xiàn)階段已經(jīng)有了較高的可選擇性，發(fā)動(dòng)機(jī)種類(lèi)型號(hào)的不同使曲軸的制作也有差別，這就要求相應(yīng)工作人員在制作時(shí)，選擇合適的加工技術(shù)。現(xiàn)階段汽車(chē)制造業(yè)一般選擇鍛造加工和數(shù)控加工技術(shù)，而無(wú)論是那種加工方法，都會(huì)涉及到人為操作。目前鍛造技術(shù)已經(jīng)較為自動(dòng)化，通過(guò)對(duì)自動(dòng)感應(yīng)器以及精整液壓機(jī)等應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了極少人工操作的效果，曲軸的制造在這種技術(shù)下更加可靠。在使用這種技術(shù)時(shí)，企業(yè)需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行采購(gòu)，同時(shí)注重后期的設(shè)備維保。上文中分析的數(shù)控加工技術(shù)是當(dāng)前企業(yè)運(yùn)用的主流技術(shù)，這種技術(shù)較之鍛造技術(shù)更為新穎，很多高校都已經(jīng)開(kāi)設(shè)了數(shù)控專(zhuān)業(yè)來(lái)培養(yǎng)這方面的人才，這也使我國(guó)的制造業(yè)發(fā)展有了穩(wěn)固的保障。數(shù)控加工技術(shù)對(duì)數(shù)控機(jī)床的依賴(lài)性較高，在使用這種技術(shù)時(shí)，相關(guān)工作人員需要預(yù)設(shè)操作程序，之后通過(guò)設(shè)備的使用完成切割作業(yè)，這種技術(shù)制作出來(lái)的曲軸精度更高，同時(shí)也符合絕大部分的市場(chǎng)需求。

3.2加工方法的優(yōu)化

曲軸制造主要有以下流程，首先是采購(gòu)制造所需的原材料，相應(yīng)工作人員在采購(gòu)時(shí)，需要著重關(guān)注材料的剛硬度，采購(gòu)前后都需要對(duì)所采購(gòu)的材料進(jìn)行檢測(cè)，確保無(wú)誤之后才能開(kāi)始加工。前期的基礎(chǔ)加工階段一般選用手工加工，這種粗加工的主要目的是對(duì)原材料進(jìn)行打磨，打磨完成之后開(kāi)始精加工操作，再就是鉆孔、磨削、滾壓和拋光等作業(yè)，作業(yè)完成之后應(yīng)當(dāng)測(cè)試曲軸平衡性，通過(guò)測(cè)試結(jié)果來(lái)判定曲軸質(zhì)量。此種加工方法有著較為緊密的工作流程，同時(shí)工作量較大，需要工作人員有著較高的素質(zhì)和較好的心態(tài)，以免因人為原因而導(dǎo)致質(zhì)量不過(guò)關(guān)。在這種情況之下，企業(yè)應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)員工的綜合素質(zhì)，這里的綜合素質(zhì)指的是其專(zhuān)業(yè)能力、心態(tài)以及對(duì)公司章程的遵守程度，員工需要有著明確的工作目標(biāo)與總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的能力，才能從一次次作業(yè)中創(chuàng)新方法。

3.3應(yīng)用案例分析

作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸當(dāng)中最為常見(jiàn)的一個(gè)種類(lèi)，球墨鑄鐵材料有著自身的優(yōu)勢(shì)。在選擇球墨鑄鐵材料的基礎(chǔ)上，首先要做的是加工處理曲軸的各個(gè)零件，需要重點(diǎn)處理上文中提到的連桿軸徑和主軸頸等部分。對(duì)這兩部分進(jìn)行處理時(shí)，可以選用高溫熔煉的方式，能夠保證作業(yè)的效率及穩(wěn)定性?；静僮魍瓿芍缶涂梢赃M(jìn)行加工，加工采用機(jī)械加工的方式，加之熱處理以及鍛造等，完成對(duì)曲軸的鉆孔、磨削、滾壓、拋光。

4結(jié)語(yǔ)

本文中所分析的機(jī)械加工技術(shù)能夠使曲軸的生產(chǎn)過(guò)程更加完善，這種虛擬機(jī)械加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，無(wú)論是對(duì)于汽車(chē)制造企業(yè)，還是對(duì)于汽車(chē)的使用者而言都是極大的利好，汽車(chē)曲軸的質(zhì)量在這種技術(shù)之下更為可靠、性能更為強(qiáng)勁，從而助力汽車(chē)整體性能的有效提升。機(jī)械加工技術(shù)隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展而不斷更新，希望本文的分析能夠?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)的使用發(fā)展提供參考。

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作者:韓洪濤 姜立巖 單位:唐山市古冶區(qū)職業(yè)技術(shù)教育中心學(xué)校