曲軸的加工工藝有多種,可根據實際的應用場合量身定制加工工藝。在選擇最具競爭力的解決方案之前,必須仔細評估每種應用的需要和特點。
曲軸加工概述
曲軸是內燃機的核心零件之一,從用于園藝設備的二沖程發動機小曲軸,到船用柴油機中的巨型曲軸,大小不同,形狀各異。 即使是汽車發動機中的曲軸也是多種多樣的,每種曲軸對于發動機類型和牌子來說都是獨一無二的。 作為大批量生產的零件,汽車曲軸受到成本效益的制約,在設計、材料和加工方面都經歷了相當大的演變,隨著人們對注重環保、改進性能、降低制造成本的要求日益增加,這種演變過程還將繼續下去。
當今的環保壓力對曲軸的制造增加了更多的困難。發動機逐步小型化,并與渦輪增壓器組合使用以減少廢氣排放、減小動力損失。 曲軸的演變已經并將繼續促進這一特點的深入。如今的卡車發動機已比20世紀90年代早期的轎車發動機更加潔凈并且燃油效率也得到顯著地提高。此外,曲軸加工的不斷發展使得當今的曲軸更加精密,而同時又不犧牲單件成本。
一些相關業內標準可以表明人們的期望值: 加工汽車曲軸的銑刀的跳動量一般不超過0.02mm;刀具壽命必須很長且可預測以滿足生產進度的需要;切削刃必須保證在兩次換刀之間(例如加工8000根曲軸)保持很高的可靠性; 工序時間需要優化到秒級,以保證每班次的產量;工件材料趨向于采用高強度鍛鋼,并越來越多地使用更輕、更堅固的等溫淬火球墨鑄鐵(ADI)。眾所周知,這兩種材料都比傳統材料更難加工。
山特維克可樂滿助推曲軸加工技術
曲軸是最難加工的工件之一,因為它極不對稱、又細又長,所用材料的加工性又不好,質量控制又很嚴,所以對制造的要求非常高。 曲軸的特點又要求必須對每個曲軸分別確定其加工方案,這需要曲軸制造商、機床制造商和刀具供應商緊密協作。
要想真正從事曲軸加工業務,必須具備相應的背景、能力和資源。山特維克可樂滿將曲軸和凸輪軸加工專業中心設在歐洲的中心——德國,就是出于這一理念的考慮。 山特維克可樂滿已經與全球很多曲軸制造廠商以及幾家專業的曲軸加工機床制造商展開了密切和卓有成效的合作。
山特維克可樂滿設在德國的曲軸和凸輪軸加工專業中心(Competence Centre)擁有非凡的業績:大約有900余套刀具已在全球各地使用。山特維克可樂滿早在20世紀70年代已推出了曲軸加工的非標銑刀,到90年代初,已積累了足夠的技術生產能力以應對汽車工業的發展對曲軸加工的需求。車銑也已成為該中心的一個專長。
如今,全球每年汽車產量已超過7千萬輛,改進發動機以減少排放、減輕重量、改善燃油經濟性的需要日趨強烈,人們也更加重視先進的曲軸加工解決方案。
量身定制曲軸加工工藝
曲軸加工技術的演變是一個持續不斷的過程,成功的解決方案取決于對許多要素細致且廣泛的分析,例如產量、工序時間、設備要求、加工程度、質量水平、換刀間隔時間等等, 沒有一個單一的標準方案可以滿足所有應用要求,所有方案都是根據不同的應用領域量身定制的。曲軸需要經過幾個不同的工序才能完成,鍛件毛坯或鑄件毛坯對加工工藝也有不同的要求。制造商對工藝的滿意度取決于他對曲軸單位生產成本、產量和投資成本的評估。
當曲軸裝在發動機上時,是相當堅固和穩定的,但它作為工件卻很不合適。因此,尤其是對于汽車工業,加工曲軸就有了各種不同的方法。 不管用戶的加工要求是什么,山特維克可樂滿多年來已經對相關刀具設計、刀片槽型和牌號進行了廣泛而深入的開發,完全可以優化用戶不同加工場合的需要。
曲軸本身是機床-夾具-零件-刀具所構成的工藝系統中最薄弱的環節,零件的不穩定性總是會影響到最小工序時間和加工質量的一致性。 這對開發和設計刀具、刀片以及相應的應用技術帶來了很高的要求。 它意味著優化切削刃的分布以實現切削力平衡、優化提高針對不同類型表面的切削參數,從而使切削平順而無振動,等等。
曲軸加工的幾種工藝
曲軸車削
曲軸車削是一種主要用于加工曲軸主軸頸的方法,具有相當的柔性。 在有些情況下或有些地方,它還用于連桿頸的加工。 如果用于加工連桿頸,質量不平衡以及偏離中心的夾持位置需要帶平衡配重的專用夾具。車削加工通常是在曲軸加工專機以及配備專用刀塔的標準車床上進行的。 由于刀具懸伸較大和容易出現振動,因此對刀具的要求非常高。
曲軸車拉
只有少數機床在有限范圍內使用,這是一種拉削工藝,既可以通過直線車拉方法,以對旋轉曲軸成切線進給的方式進行常規直線拉削,也可以采用隨后發展的圓形或螺旋形拉刀進行旋轉拉削。 盡管該方法非常高效,但因其缺乏柔性,所以至今未能推廣。
曲軸車-車拉
車-車拉是車削與車拉的組合,車削和車拉刀具徑向安裝在一個圓形刀盤上,切削加工旋轉著的曲軸的主軸頸或連桿頸。 這種方法適用于大多數類型的曲軸。 車削工序主要是粗加工,此時刀盤不旋轉且切削刃處于工件的中心線。 而車拉刀具進行精加工切削,刀盤通過對旋轉曲軸的主軸頸或連桿頸表面進行緩慢旋轉的徑向移動進行加工。 該方法的優點是在刀盤上可以大量安裝使用姊妹刀具以平衡刀具壽命和延長換刀時間。
曲軸的內銑
內銑也稱回旋銑或行星銑,它可以在較長的切削時間里進行重型銑削。曲軸穿過旋轉著的銑刀。可轉位刀片排列在銑刀內圓面上,可對曲軸的主軸頸、連桿頸和扇形塊側面進行加工。它是一種很穩定的加工方法,主要用于大型曲軸,或者在毛坯余量很大時使用。
曲軸的外銑
外銑主要用于大批量加工中、小型汽車曲軸。它可以看成是用一種高速旋轉的密齒三面刃銑刀,在曲軸以緩慢旋轉作進給運動的方式下對工件表面進行加工。該方法的特點是金屬去除率高,切削定位迅速。 一般而言,一個直徑為700mm的外銑刀最多可安裝350片刀片。可加工曲軸的主軸頸、連桿頸和扇形塊側面和外圓面。 該方法工序時間短、換刀調刀非常快捷。
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