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。領導了近半個多世紀的多刀車削工藝和手工磨削工藝,由于加工精度低和柔性差等原因,正在逐步退出歷史舞臺。高速、高效的復合加工技術及裝備迅速進入汽車及零部件制造業,高速高效復合加工技術在曲軸加工生產中已有相當程度的應用,并將是其必然發展趨勢。
曲軸加工技術設備現狀
目前,國內較陳舊的曲軸生產線多數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。精加工普遍采用MQ8260等普通曲軸磨床進行粗磨、半精磨、精磨、拋光,通常靠人工操作,加工質量不穩,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計算,一條生產線有35~40臺設備。筆者曾考查過國內某一鍛鋼曲軸生產線,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頸,再經過多道工序的磨削方轉入精加工工序。所以這條生產線設備達60多臺,導致產品周轉線長、場地占用面積大,其生產效率完全是靠多臺設備分解工序和余量來提高的。
而當今的汽車發動機曲軸制造業面臨的卻是以下幾個問題:
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;
正是基于以上情況,進入21世紀以來,高速、高精、高效的復合加工技術及裝備在汽車曲軸制造業中得到了迅速的應用,生產效率得到了很大提高,因此發動機曲軸生產線中生產設備數量得以減少。筆者曾在某一轎車發動機曲軸生產線看到,全線設備(包括熱處理、表面強化)只有13臺設備左右,產品周轉線短、加工效率高、易于質量控制管理。
曲軸復合加工技術的發展
20世紀80年代后期,德國BOEHRINGER公司和HELLER公司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年代中期出現的新型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(通常不大于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高速曲軸外銑具有以下優點: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。
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