進入21 世紀以后,發動機曲軸在制造工藝、刀具等方面都發生了巨大的變化,與以前加工工藝有很多不同。領導了近半個世紀的多刀車削工藝和手動磨削工藝,由于加工精度低和柔性差等原因,將逐步退出歷史舞臺。高效復合加工技術及裝備迅速進入汽車及零部件制造業,曲軸的高效復合加工技術在行業內已有相當程度的應用,這都將代表這一行業的未來發展趨勢。
曲軸加工技術現狀
國內舊式曲軸生產線多由普通機床和專用機床組成,生產效率和自動化程度相對較低。粗加工設備一般采用多刀車床車削曲軸主軸頸及連桿軸頸,工序質量穩定性差,容易產生較大的加工應力,難以達到合理的加工余量。精加工多采用普通曲軸磨床粗磨- 半精磨- 精磨-拋光, 通常靠手動操作, 加工質量不穩定, 尺寸一致性差。老式生產線一個主要的特點就是普通設備太多, 按加工球墨鑄鐵曲軸來算, 一條生產線35~ 40 臺設備。筆者曾考察過南方一條鍛鋼曲軸生產線,粗加工采用普通外銑加工主軸頸和連桿頸,然后數控精車主軸頸和連桿軸頸,再經過多道工序的磨削方式轉入精加工工序。生產線設備更是多達60 多臺,產品周轉線長,場地占用面積大,生產效率完全是靠多臺設備分解工序和余量來提高的。
然而當今的發動機曲軸制造業面臨著以下問題:
(1) 多品種、小批量生產。
(2)交貨期大大縮短。
(3)降低生產成本。
(4)難切削材料的出現使加工難度明顯增加,加工中提出了許多需要解決的課題,如硬切削。
(5) 為保護環境,要求少用或不用切削液,即實現干式切削或準干式切削。
正是基于以上出現的新情況,在進入21 世紀以來,高效復合加工技術及裝備汽車制造業得到了迅速的應用,生產效率得到了很大的提高,發動機曲軸生產線生產設備數量才得以減少,筆者曾在一條轎車發動機曲軸生產線看到,全線僅有13 臺設備左右,產品周轉線短,加工效率高,易于質量管理。
曲軸高效加工技術的進展
20 世紀80 年代后期, 德國BOEHRINGER 公司和HELLER 公司相繼開發出了完善的曲軸車- 車拉機床,該加工工藝是將曲軸車削工藝與曲軸車拉工藝完美結合,生產效率高,加工精度好,柔性強,自動化程度高,換刀時間短,特別適合有沉割槽曲軸的加工,加工后曲軸可直接進行精磨,省去粗磨工序。因此,曲軸車- 車拉加工工藝是目前國際上曲軸粗加工中流行的加工工藝之一。
20世紀90年代中期國外又研發出來新型的CNC 高速曲軸外銑機床,使曲軸粗加工工藝又上了一個新臺階, CNC 曲軸內銑與CNC 高速曲軸外銑對比,內銑存在以下缺點:不容易對刀、切削速度較低(通常大于160m/min)、非切削時間較長、機床投資較多、工序循環時間較長。而CNC 高速曲軸外銑有以下優點:切削速度高(可高達350m/min)、切削時間較短、工序循環時間較短、切削力較小、工件溫升較低、刀具壽命高、換刀次數少、加工精度更高、柔性更好。因此,CNC 高速曲軸外銑將是曲軸粗加工的發展方向。
筆者在江蘇南亞自動車有限公司菲亞特轎車曲軸生產線見到德國BOEHRINGER 公司兩臺設備加工狀況,一臺為數控曲軸車- 車拉機床, 另外一臺為CNC 高速曲軸外銑,切身體驗了一次“ 削鐵如泥”的感覺。據專家介紹,曲軸車- 車拉機床特別適合于軸頸有沉割槽、平衡塊側面不用加工曲軸,而高速外銑則不能加工軸向有沉割槽的曲軸。下面簡要介紹一下VDF 315 OM - 4高速隨動外銑床的加工性能: 該機床是德國BOEHRINGER 公司專為汽車發動機曲軸設計制造的柔性數控銑床,該設備應用工件回轉和銑刀進給伺服連動控制技術,可以一次裝夾不改變曲軸回轉中心隨動跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸。VDF 315O M - 4 高速隨動外銑采用復合材料一體化結構床身,工件兩端電子同步旋轉驅動, 具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特點; 使用SIEMENS 840D CNC 控制系統,設備操作說明書在人機界面上,通過輸入零件的基本參數即可自動生成加工程序, 可以加工長度450 ~700mm、回轉直徑在380mm 以內的各種曲軸, 連桿軸頸直徑誤差為± 0.02mm。
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