彭旺生

摘 要：曲軸是汽車發(fā)動機(jī)中關(guān)鍵的部件，其要承受連桿的力，要將其轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，利用曲軸輸出并且驅(qū)動，可以為發(fā)動機(jī)其他工件的應(yīng)用提供動力。汽車曲軸制造與生產(chǎn)是一項(xiàng)復(fù)雜的工藝，在生產(chǎn)中為了降低污染，提升資源利用效率，實(shí)現(xiàn)綠色化的發(fā)展，要根據(jù)實(shí)際狀況，采取合理的工藝手段?；诖?，文章主要對汽車曲軸綠色制造技術(shù)進(jìn)行了簡單的研究分析，了解了工序余量優(yōu)化、汽車曲軸用非調(diào)質(zhì)鋼技術(shù)、含稀土的新型曲軸鐵基合金工藝等綠色制造技術(shù)以及工藝手段。

關(guān)鍵詞：汽車曲軸;工序余量優(yōu)化;汽車曲軸用非調(diào)質(zhì)鋼技術(shù);含稀土的新型曲軸鐵基合金工藝

中圖分類號：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）09-0038-02

綠色制造技術(shù)是一種以綠色理念為主要指導(dǎo)，合理利用綠色設(shè)計(jì)，工藝，實(shí)現(xiàn)綠色包裝以及生產(chǎn)的一體化科學(xué)技術(shù)手段。在進(jìn)行汽車曲軸的綠色制造以及生產(chǎn)中，要分析產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸以及應(yīng)用等全過程生命周期的管理。綠色生產(chǎn)對于環(huán)境不好產(chǎn)生較為嚴(yán)重影響，具有較高的資源利用效率，可以在一定程度上協(xié)調(diào)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，是今后工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。

1汽車曲軸工序余量優(yōu)化

曲軸在旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的影響之下，在離心力、周期變化氣體慣性力以及往復(fù)慣性力等多種力的共同作用與影響之下，會承受一定的荷載作用。因此，曲軸具有一定的強(qiáng)度，表面具有耐磨、平衡性好的特征。汽車曲軸的制造就是將毛坯通過機(jī)械加工形成成品的過程。機(jī)械加工是通過切削刀具、砂輪等方式進(jìn)行處理，處理多余的金屬，使其達(dá)到零件圖紙形狀、尺寸以及表面粗糙程度要求的一種機(jī)械零部件加工的方式。在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及進(jìn)步中，人們對于環(huán)境保護(hù)工作日益關(guān)注，而傳統(tǒng)的工藝加工會在一定程度上出現(xiàn)環(huán)境污染隱患，不利于生態(tài)環(huán)境的建設(shè)以及發(fā)展。因此，在進(jìn)行汽車曲軸機(jī)械加工處理中，要合理地應(yīng)用綠色化的加工工藝[1]。

1.1曲軸尺寸參數(shù)優(yōu)化

尺寸精度是進(jìn)行工件加工質(zhì)量衡量的關(guān)鍵因素。在尺寸精度加工中，在用料以及末端廢物產(chǎn)生量等因素的影響之下，要對其系統(tǒng)進(jìn)行分析。在加工處理中，要合理的控制加工尺寸，保障加工的連續(xù)性，要實(shí)現(xiàn)綠色化的生產(chǎn)。

在選擇材料之后，要根據(jù)要求進(jìn)行尺寸參數(shù)的優(yōu)化處理。在傳統(tǒng)的曲軸尺寸設(shè)計(jì)處理中，要通過經(jīng)驗(yàn)類比的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果不符合要求要調(diào)整方案，在對其進(jìn)行分析校核處理;通過反復(fù)處理之后方可獲得滿意的結(jié)果。

整個(gè)設(shè)計(jì)流程為“設(shè)計(jì)、評價(jià)再設(shè)計(jì)”。此種方式會耗費(fèi)大量的時(shí)間，導(dǎo)致材料資源的浪費(fèi)等問題。因此，在實(shí)踐中要做好曲軸尺寸參數(shù)的優(yōu)化分析。

在優(yōu)化分析中可以通過數(shù)學(xué)分析軟件提升尺寸的精度。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對其進(jìn)行優(yōu)化分析，通過數(shù)學(xué)模型對實(shí)際問題進(jìn)行計(jì)算，降低了重復(fù)性的計(jì)算，可以獲得曲軸毛坯優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)的目的，有效的節(jié)省材料資料[2]。

1.2曲軸工序余量優(yōu)化流程

一般狀態(tài)之下要將零件加工劃分為幾個(gè)不同的加工階段，在實(shí)踐中基于精度的不同要求，將其劃分為加工階段、半精加工以及精加工幾個(gè)不同的階段。

1.2.1 粗加工

在進(jìn)行粗加工處理中，要對加工表面的余量進(jìn)行處理，對其進(jìn)行精基準(zhǔn)的分析，在加工中要提升整體的生產(chǎn)率。

1.2.2 半精加工

在進(jìn)行半精加工處理中，主要就是避免加工誤差等問題，保障加工可以達(dá)到一定的精度，進(jìn)而便于精加工處理。

1.2.3 精加工階段

在進(jìn)行精加工處理中要分析尺寸、形狀以及具體的位置精度是否可以達(dá)到圖紙規(guī)定的要求，做好表面粗糙程度的管理。

1.3曲軸工序余量優(yōu)化方式

在加工中其主要的工序?yàn)榇周?、半精車、磨削三個(gè)流程。在加工中要根據(jù)具體的加工方式、粗糙度等條件產(chǎn)生不同的工序余量。

在實(shí)踐中要對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過計(jì)算抽象為數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)優(yōu)化算法進(jìn)行曲軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過建立8個(gè)變量曲軸數(shù)學(xué)模型，綜合分析曲軸復(fù)雜狀況，將切應(yīng)力、彎曲應(yīng)力以及壓力等作為主要的約束條件，進(jìn)行豎向模型的優(yōu)化計(jì)算，建立非線性約束條件，保障模型與實(shí)際的工作環(huán)境接近。

通過此種方式可以有效的避免重復(fù)性的計(jì)算，通過最優(yōu)化計(jì)算方式進(jìn)行處理，可以獲得曲軸毛坯優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)的目的。

同時(shí)，綜合曲軸價(jià)格處理中不同環(huán)節(jié)中的不同特點(diǎn)，分析各項(xiàng)影響因素，對不同影響因素進(jìn)行分析研究，進(jìn)行大批量生產(chǎn)模鍛曲軸毛坯優(yōu)化分析，綜合曲軸毛坯尺寸參數(shù)結(jié)果信息，根據(jù)曲軸生產(chǎn)工藝對不同工序余量進(jìn)行分析，其計(jì)算結(jié)果對于實(shí)際的生產(chǎn)具有參考意義。

在充分的保障加工質(zhì)量基礎(chǔ)之后，優(yōu)化曲軸毛坯參數(shù)，基于工序余量信息，通過對曲軸粗加工，半精加工、精加工的加工余量優(yōu)化的方式，可以有效的降低損壞，實(shí)現(xiàn)綠色制造處理。

在進(jìn)行汽車曲軸尺寸參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，形成抽象的數(shù)學(xué)模型，可以有效的避免重復(fù)性的計(jì)算分析，利用MATLAB優(yōu)化工具箱，在優(yōu)化函數(shù)的支持之下可以獲得結(jié)果，進(jìn)而確定曲軸毛坯最佳設(shè)計(jì)參數(shù)組合，達(dá)到節(jié)省原料的效果。通過對工序余量優(yōu)化分析，可以有效的實(shí)現(xiàn)綠色化的生產(chǎn)。

1.4綠色評價(jià)方法

在進(jìn)行綠色評價(jià)中要綜合分析時(shí)間、質(zhì)量、成本以及資源消耗、環(huán)境污染等各個(gè)方面的因素，利用模糊綜合評判方式進(jìn)行分析，通過模型進(jìn)行評價(jià)管理，在定性以及定量結(jié)合狀態(tài)之下，可以利用數(shù)學(xué)優(yōu)化的方式獲得信息。因此，利用模糊綜合評判的方式，根據(jù)工藝特征，可以合理的選擇綠色程度高的工藝技術(shù)。

2基于CAD/CAM的汽車曲軸的數(shù)控加工仿真工藝

基于綠色工藝基礎(chǔ)原則，則資源消耗以及環(huán)境污染等因素，建立一個(gè)模糊的綜合分析模型。形成決策目標(biāo)框架結(jié)構(gòu)與決策模型，可以對各種工藝方案進(jìn)行優(yōu)化。通過對不同類型工藝評價(jià)管理，根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，對組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化?；贑AD/CAM的汽車曲軸的數(shù)控加工方式可以實(shí)現(xiàn)智能化的管理，有效的降低了傳統(tǒng)工藝不足而導(dǎo)致的資料浪費(fèi)等問題[3]。

2.1加工表面以及技術(shù)要求

在進(jìn)行加工處理的曲軸型號參數(shù)為桑塔納2000，外形輪廓復(fù)雜，在加工之前要根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行曲軸零部件的分析處理，制定工藝計(jì)劃，確定具體的設(shè)備、刀具以及切削參數(shù)信息。

在加工處理中要確定加工的表面，曲軸的動力端、軸頸以及輸出端均要與外界位置進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)力度之間的傳遞處理。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)中要綜合連桿、軸承連接外圓表面位置的尺寸以及形位公差的具體要求。根據(jù)6級精度進(jìn)行制造處理，表面的粗糙程度要控制在0.8μm，其圓度則要≤0.005mm。

2.2曲軸數(shù)控加工工藝過程

毛坯鑄造成型，粗銑軸頸左端外圓表面、精銑軸頸左端外圓表面、粗銑軸頸外圓表面、精銑軸頸外圓表面、粗銑軸頸右端外圓表面、精銑軸頸右端外圓表面、中頻淬火、鉆螺紋孔攻絲。

2.3加工工藝參數(shù)

在進(jìn)行曲軸的外形輪廓加工處理中具有一定的復(fù)雜性，要對各個(gè)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的分析處理，因此要根據(jù)實(shí)際狀況了解其具體的工藝參數(shù)，通過工藝卡片的方式進(jìn)行信息分析。

在進(jìn)行汽車曲軸的三維建模處理中，要通過軟件進(jìn)行處理，首先進(jìn)入模型繪制的環(huán)境中，在進(jìn)行二維草圖的灰塵處理，基于二維草圖為基礎(chǔ)，進(jìn)行立體特征的創(chuàng)建優(yōu)化，獲得三維圖。

2.4數(shù)控加工仿真

模擬分析其中NC操作主要就是進(jìn)行程序名、幾何體以及刀具等進(jìn)行創(chuàng)建處理。在進(jìn)行曲軸軸頸加工處理中程序復(fù)雜，因此在仿真中僅對一段孔的數(shù)控加工仿真進(jìn)行模擬，其具體如下：

3汽車曲軸用非調(diào)質(zhì)鋼技術(shù)

非調(diào)質(zhì)鋼是通過微合金化技術(shù)、控軋控冷技術(shù)以及二次精煉技術(shù)有效的融合，在無需淬火以及回火調(diào)質(zhì)處理，就可以達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的一種技術(shù)。在汽車曲軸中應(yīng)用此種技術(shù)，可以有效的簡化工序，減少熱處理變形以及裂紋等問題，降低了廢品率，有效的節(jié)省了資源，提升了材料的利用率，具有顯著的環(huán)保特征，是一種綠色的鋼材。在進(jìn)行汽車曲軸制作生產(chǎn)中，非調(diào)質(zhì)鋼作用一種綠色節(jié)能的技術(shù)是今后發(fā)展的主要技術(shù)手段。

在進(jìn)行生產(chǎn)中，要進(jìn)行BOF轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→RH真空脫氣→CC大方坯連鑄→連軋軋制，應(yīng)當(dāng)此種方式進(jìn)行汽車曲軸用非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)，會產(chǎn)生純凈度較高的鋼材。

通過鋼材進(jìn)行汽車曲軸的生產(chǎn)，其工序依次為下料、鍛造、拋丸、磁粉探傷、粗加工、精加工，最終形成成品。曲軸成品在進(jìn)行鍛后組織結(jié)構(gòu)為珠光體+鐵素體，整體上組織結(jié)構(gòu)分布均勻，通過理化檢測以及發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)，各種參數(shù)符合要求。材料強(qiáng)度以及疲勞性能等各項(xiàng)參數(shù)均符合要求，切削加工后的成品曲軸表面結(jié)構(gòu)光潔性良好。

4含稀土的新型曲軸鐵基合金工藝

曲軸在惡劣的環(huán)境應(yīng)用，對于整體的性能要求嚴(yán)格。在進(jìn)行汽車曲軸綠色制造技術(shù)研究中，不同的學(xué)者先后對連續(xù)式曲軸的熱處理生產(chǎn)、曲軸在熱處理控時(shí)淬火技術(shù)、優(yōu)化曲軸調(diào)質(zhì)熱處理生產(chǎn)線排煙系統(tǒng)、球墨鑄鐵曲軸鑄造工藝，曲軸的熱處理工藝等多種技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究。而隨著工業(yè)化發(fā)展，發(fā)動機(jī)對于曲軸性能提出了嚴(yán)格的要求，現(xiàn)有的曲軸無法滿足實(shí)際的需求，在綠色環(huán)保理念之下要對現(xiàn)有的工藝進(jìn)行優(yōu)化，了解汽車曲軸綠色制造技術(shù)。

在汽車曲軸生產(chǎn)中化學(xué)成分以及熱處理工藝是進(jìn)行性能優(yōu)化的，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的關(guān)鍵因素。而應(yīng)用含稀土的新型曲軸鐵基合金，通過分析各項(xiàng)參數(shù)變化，了解其工藝特征，可以有效的實(shí)現(xiàn)汽車曲軸的綠色化發(fā)展。

含稀土的新型曲軸鐵基合金均勻化處理時(shí)間為8h的時(shí)候，溫度出現(xiàn)了變化，含有稀土的合金磨損體積先減小然后在逐漸的增大。沖擊吸收功能也出現(xiàn)了變化，合金的抗沖擊性能以及耐磨性能均呈現(xiàn)先提高然后下降的狀態(tài)。在處理中對工藝進(jìn)行優(yōu)化，均勻化處理中，溫度為940℃、均勻化時(shí)間為8h。通過此種金屬進(jìn)行汽車曲軸綠色制造整體性能良好，提升了資源的利用效率，降低了資源的消耗問題，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)[4]。

5結(jié)語

綠色制造是一種綜合環(huán)境以及資源效率的現(xiàn)代化制造模式，其主要目的就是在產(chǎn)品的全生命周期中，降低對環(huán)境產(chǎn)生的污染以及影響，其資源效率相對較高。綠色化的生產(chǎn)可以有效的降低資源消耗，避免產(chǎn)生污染物質(zhì)，可以使得綠色化的生產(chǎn)，避免對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境效益的綜合發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 李雙艷.汽車曲軸綠色制造技術(shù)研究[D].石家莊：石家莊鐵道學(xué)院，2007.

[2] 朱正德.面向綠色制造的微量潤滑技術(shù)在現(xiàn)代汽車工業(yè)中的應(yīng)用[C].中國汽車工程學(xué)會年會，2018.

[3] 周少波，萬學(xué)斌.高速CBN砂輪曲軸磨床的曲軸連桿頸加工電氣設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（28）：158-159.

[4] 萬學(xué)斌，周少波.CBN砂輪曲軸磨床的曲軸主頸加工電氣設(shè)計(jì)[J].科技視界，2019（25）：26-27.