韓洪濤 姜立巖

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。

Abstract： With the continuous development of technology， machining technology at this stage has gradually matured， creating many advantages for the development of machinery manufacturing industry， but also facing more challenges. Among these challenges， the most important is the quality of engine manufacturing and the safety of engine in the follow-up use process. Among all engine parts， the manufacturing quality of crankshaft is very important， which can affect the running state of engine. Based on the angle of automobile engine crankshaft manufacturing， this paper analyzes the machining technology.

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

Key words： machining technology;automobile engine;crankshaft manufacturing

中圖分類(lèi)號(hào)：U472.9?????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????????????????????????????????? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）21-0105-02

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。基本操作完成之后就可以進(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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