埃馬克供稿

EMAG矢量磨削：曲軸生產(chǎn)的重大飛躍

埃馬克供稿

當(dāng)前在汽車生產(chǎn)中，車企對質(zhì)量檢驗的重視程度越來越高。據(jù)汽車管理（CAM）中心統(tǒng)計，僅在2014年德國就有超過190萬輛汽車被執(zhí)行召回。面對這種局面，各個領(lǐng)域的制造商們不得不加緊改進(jìn)他們的生產(chǎn)工藝，特別是改進(jìn)發(fā)動機結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝。其中曲軸就是一個典型的例子：這種核心組件在未來需要承擔(dān)的穩(wěn)定性更高，才能將結(jié)構(gòu)更加緊湊的發(fā)動機的特定輸出傳送到齒輪上。

為此，采用高精密的磨削工藝至關(guān)重要。在這種情況下，EMAG（埃馬克）磨削專家的一項新技術(shù)，為汽車制造商開啟了全新的可能性：矢量磨削大大削減了復(fù)雜的曲軸磨削加工的成本。

目前汽車生產(chǎn)的規(guī)劃人員正試圖“辦他們做不到的事”：一方面，由于殘酷的競爭形勢需要降低生產(chǎn)成本；但另一方面，對于許多有高質(zhì)量和安全要求的部件來說，在技術(shù)和幾何形狀方面正面臨更嚴(yán)格的要求。當(dāng)然，規(guī)劃人員也正在尋找可利用的工廠和機械設(shè)備：如何應(yīng)用新的解決方案實現(xiàn)更高效的生產(chǎn)，以便與技術(shù)進(jìn)步保持同步呢？

以載貨車曲軸為例

曲軸加工是一個很好的挑戰(zhàn)，整個發(fā)動機的效率和穩(wěn)定性取決于這一核心部件。因此，各種曲軸需要采用磨削工藝進(jìn)行精細(xì)地加工，且精度要達(dá)到微米級要求。特別是在載貨車生產(chǎn)中，使用的技術(shù)必須服從于苛刻的要求，如載貨車曲軸始終需要具有非常高的穩(wěn)定性，這是由于其發(fā)動機要求具有較長的運行時間。因此，磨削此類曲軸時，需要進(jìn)行精細(xì)的加工，這不僅是對連桿軸頸和主軸頸的端面而言，而且還包括軸承面和凸緣之間的圓角（半徑）的加工。整個發(fā)動機的核心組件的每個角落都需仔細(xì)加工才能成為一個完美的工件。對發(fā)動機來說，必須使振動達(dá)到最小程度，才能保證運行的平穩(wěn)，這是一個必要條件。而正是這種特殊的質(zhì)量要求，才使其成為汽車制造商正在遵循的一個模式。由德國制造商制造的某些汽車已經(jīng)配備了采用類似方式加工的曲軸，而其支承面和半徑的組合磨削是特別具有挑戰(zhàn)性的。一方面，部件加工產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力會引起部件尺寸的變化。這就是為什么在耗時的初步磨削步驟之后要緊跟著進(jìn)行精密磨削的原因。另一方面，目前使用的技術(shù)涉及大量的砂輪磨損。從圓角到平套環(huán)之間的轉(zhuǎn)換特別是會對工具產(chǎn)生應(yīng)力?？偠灾S承面和半徑的組合磨削不僅成本特別昂貴而且費時費力。

PM系列是一種模塊化系統(tǒng)，可以根據(jù)加工任務(wù)的要求，與各種機床進(jìn)行配置。圖片顯示的是RMD 320雙滑動曲軸磨床，用于加工長度達(dá)1 500mm的載貨車曲軸。

遵守各種磨削要求

在一個單一的包羅萬象的、復(fù)雜的加工過程中對直徑和凸緣執(zhí)行磨削加工

位于德國Salach的EMAG Maschinenfabrik公司磨削技術(shù)部的負(fù)責(zé)人Roland Schmitz對開始的情形這樣解釋說：“鑒于這一切，對到目前為止我們使用的復(fù)雜的工藝和各種技術(shù)，并基于此開發(fā)出一種新技術(shù)，我們稱之為矢量磨削的技術(shù)，進(jìn)行了全面仔細(xì)的分析。使用這種技術(shù)，難以執(zhí)行磨削工作的主軸和連桿軸承處的加工速度變得更快，因此，也更多地降低了成本。”

EMAG的工程師們的此項研發(fā)源于一個簡單的觀察發(fā)現(xiàn)：氣缸直徑的磨削和曲軸上的平凸緣的加工有著完全不同的要求。在中央直徑通過多級加工工藝（從粗加工到精加工，再到精細(xì)加工和拋光加工）得到完美、平行的表面的同時，略顯粗糙的凸緣加工明顯需要較少的加工步驟。該部件在加工過程中以特定的方式產(chǎn)生變形，使情況即使是對機械工程師來說也變得更為棘手。在直徑加工過程中，會產(chǎn)生徑向彎曲。因此，執(zhí)行這種加工時需要降低功率。而在加工平凸緣的過程中產(chǎn)生的軸向彎曲可忽略不計。但是，這種接觸條件有引起過熱的趨勢，從而會使砂輪更快地磨損。

成功的關(guān)鍵：精確的控制

“鑒于所有這些差異，舉例來說，你可能特別想將直徑和凸緣的磨削加工嚴(yán)格地分離開來，以便能夠正確地調(diào)整磨削速度。當(dāng)然，這樣就會使加工過程減慢。相反，我們的矢量磨削技術(shù)在一個單一的包羅萬象的、復(fù)雜的加工過程中卻能合二為一。我們分別控制磨削速度和各軸的運動，每個子程序都精確控制。”Schmitz說。

在最終結(jié)果中顯示出其得天獨厚的優(yōu)勢：這種新的EMAG技術(shù)能夠完成連桿軸承、主軸頸和套筒分離式軸承的初步磨削加工，比經(jīng)常用于曲軸加工的傳統(tǒng)的雙切入磨削大約節(jié)省1/3的時間。因此，一個帶有七個軸承的曲軸可以在20min內(nèi)（而不是以前的35min）完成全部磨削，成為大批量生產(chǎn)曲軸的一個重大進(jìn)展，最終使零部件的成本大大減少。

除此之外，精確的過程控制是降低工具成本的保證，因為在過程的開始階段，通常是以較低的功率來加工直徑的，以便減少對砂輪的影響。Schmitz對巨大的成本優(yōu)勢證實說：“我們預(yù)計這樣會使每個部件削減1/3的工具損耗?！?/p>

適合未來發(fā)展的技術(shù)

自2016年年初以來，EMAG已經(jīng)將該項技術(shù)應(yīng)用到矢量磨削機上。首批產(chǎn)品目前正用于載貨車生產(chǎn)中。但是，進(jìn)行廣泛的汽車生產(chǎn)擴展并沒有什么障礙。 Schmitz說道：“目前的趨勢正朝著我們的技術(shù)應(yīng)用方向發(fā)展?？梢赃@么說，因為汽車發(fā)動機的小型化意味著最終會有更大的作用力施加到曲軸上。因此，對零部件進(jìn)行更廣泛的磨削加工將成為必不可少的條件。正因為有了矢量磨削加工，才讓我們擁有了更高效的技術(shù)?！?/p>

對于這樣的一種競爭優(yōu)勢，EMAG的工程師們還打算將其運用到其他零部件的加工中。例如，針對凸輪軸和齒輪軸加工都會以相似的方式從矢量磨削技術(shù)中獲益?！拔覀兿嘈琶糠N情況都有很多應(yīng)用的可能性，” Schmitz有把握地說。□