淺談汽車曲軸加工工藝

馬亞亞　?。ㄖ貞c電訊職業(yè)學(xué)院,重慶　400850）

淺談汽車曲軸加工工藝

馬亞亞
（重慶電訊職業(yè)學(xué)院,重慶400850）

本課題根據(jù)目前國內(nèi)外汽車發(fā)動機曲軸結(jié)構(gòu)、工程規(guī)范及工作特點，主要探討當(dāng)前主流曲軸生產(chǎn)廠家曲軸加工的工藝路線，采用的主要加工設(shè)備以及各種加工設(shè)備的優(yōu)缺點。同時各種曲軸加工過程中容易出現(xiàn)的問題。

發(fā)動機；曲軸；工藝分析；工藝設(shè)計；加工設(shè)備

1　概述

機體是發(fā)動機中的重要組成部分，是整個結(jié)構(gòu)中的主體部分，各個零部件的安裝都要在機體上進行，需要承受各種應(yīng)力帶來的負(fù)載。機體組主要組成部分包括缸體、曲軸箱、缸蓋、曲軸、凸輪軸、飛輪等零件組成。

1.1缸體

在水冷發(fā)動機中，通常情況下，缸體和上曲軸箱是鑄成一體的，缸體所用材質(zhì)為一般為灰鑄鐵或者鋁合金，上部的圓柱形空腔為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運動的空間。在缸體內(nèi)部鑄有許多加強筋，冷卻水套和潤滑油道等。

1.2氣缸蓋

汽缸蓋安裝于缸體的上部，與上部的密封氣缸組成燃燒室。在燃燒室運行工況下，汽缸蓋會處于高溫高壓的環(huán)境下，由此需要承受較強的負(fù)荷，在熱力和壓力的作用下，會對其造成一定的損壞。為了保護汽缸蓋的性能，在內(nèi)部安置冷卻水套進行防護，并且在下端面與缸體間有冷卻水孔連接，通過循環(huán)冷水來降低燃燒室的溫度。

缸蓋上還裝有進、排氣門座，氣門導(dǎo)管孔，用于安裝進、排氣門，還有進氣通道和排氣通道等。汽油機的缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機的缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發(fā)動機的缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用以安裝凸輪軸。

缸蓋所采用的材質(zhì)對于壓縮比有重要的影響，在灰鑄鐵和鋁合金兩種材質(zhì)中，由于鋁合金的導(dǎo)熱性能較好，能夠有效的提高壓縮比，所以鋁合金汽缸蓋應(yīng)用的比例越來越大。

1.3曲軸

曲軸為發(fā)動機中一個重要的旋轉(zhuǎn)零部件，承擔(dān)著動力轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵角色。曲軸在裝上連桿后，承接活塞的上下(往復(fù))運動轉(zhuǎn)變循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運動，從而牽動車輛前進。其作用性和對零部件自身的尺寸精度及性能要求特別突出。

曲軸主要有兩個重要加工部位：主軸頸和連桿頸。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個典型的曲柄滑塊機構(gòu)。發(fā)動機工作過程就是：活塞經(jīng)過混合壓縮氣的燃爆，推動活塞做直線運動，并通過連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。因此曲軸加工的好壞將直接影響著發(fā)動機整體性能的表現(xiàn)。

2　曲軸結(jié)構(gòu)、工程規(guī)范

曲軸結(jié)構(gòu)的劃分根據(jù)發(fā)動機而定，發(fā)動機是一整套動力輸出設(shè)備，主要可分為：內(nèi)燃機、外燃機、電動機三類。

發(fā)動機按燃料分為柴油機、汽油機、天然氣機；按實現(xiàn)循環(huán)分為四沖程發(fā)動機和二沖程發(fā)動機；按冷卻方式分為水冷發(fā)動機和風(fēng)冷發(fā)動機；按點火方式分為壓縮式發(fā)動機和點燃式發(fā)動機；按氣體混合方式分為外部混合發(fā)動機混合發(fā)動機；按進氣方式分為自然吸氣發(fā)動機和增壓式發(fā)動機；按氣缸數(shù)分為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機，其中多缸發(fā)動機又分為直列立式、直列臥式、V型、對置式、H型、X型、星型等。而對于曲軸的分類主要分為單缸、3缸、4缸、V型等，顧名思義每個缸數(shù)對應(yīng)曲軸的1個曲拐(連桿頸)，對應(yīng)的V型發(fā)動機曲軸分為V6、V8等。當(dāng)前國內(nèi)的汽車主要配置3缸體、4缸和V型發(fā)動機。

曲軸的材質(zhì)首先得滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工工藝正確合理，主要是材料強度決定曲軸的體積、重量和壽命。除了曲軸材料的優(yōu)良機械性能，還要求高耐磨性、耐疲勞性和沖擊韌性。當(dāng)前曲軸的主要材質(zhì)為球墨鑄鐵、鍛鋼，而高強度的球墨鑄鐵憑借其具備的高強度、高耐磨性及低密度更受市場歡迎。

曲軸的工程規(guī)范主要包括曲軸軸頸的材質(zhì)性能、滾壓條件、疲勞強度、尺寸精度、表面粗糙度以及清潔度要求等。材質(zhì)性能主要通過曲軸的材料以及機械加工過程中的熱處理來保證，而對于球墨鑄鐵材質(zhì)的曲軸因為材料本身的高耐磨性，一般主機廠都不要求機械加工過程中進行熱處理工藝。滾壓條件密切聯(lián)系曲軸的疲勞強度，滾壓條件主要根據(jù)發(fā)動機的設(shè)計額定沖擊功率和額定負(fù)載等決定。滾壓條件分為恒壓力滾壓和變壓力滾壓，二者區(qū)別在于軸頸滾壓時圓周方向的滾壓壓力是否變化。疲勞強度的另外一個關(guān)鍵因素為材質(zhì)的機械性能和化學(xué)成分。曲軸表面粗糙度決定曲軸磨損情況的好壞，當(dāng)前國內(nèi)曲軸的主流表面的粗糙度要求在Ra0.2或Ra.15。同時在曲軸止推面粗糙度要求Ra0.4的基礎(chǔ)上增加了Tp值要求，Tp值的要求相當(dāng)于模擬汽車在磨合期過后止推面實際承受面積占總面積的百分比。

3　曲軸加工過程中常見問題

曲軸在機加工過程中常見的問題主要有連桿頸寬度超差、軸頸圓度超差、連桿頸相位超差等。其中連桿頸寬度影響連桿的側(cè)隙大小，離合器工作狀態(tài)會使曲軸向動力輸入端移動，如果側(cè)隙過大會造成連桿頸側(cè)面與曲軸連桿頸側(cè)面碰擦，因此在加工過程中需要考慮對該尺寸的重點控制，同時還需要考慮滾壓對該寬度尺寸的影響等。軸頸的圓度直接影響軸瓦的局部磨損，該尺寸為曲軸中的一個重要特性。而圓度超差的根本原因分為磨床砂輪動平衡值偏大、磨削工序的定位基準(zhǔn)尺寸(前后中心孔)不合格、工件夾緊裝置問題。遇到該類問題需要逐項原因進行排查和解決。在以上原因排除后，另外一個原因就是磨床自身圓度補償數(shù)據(jù)問題。這時需要根據(jù)當(dāng)前圓度值進行圓度修正。現(xiàn)在大多數(shù)設(shè)備具備該項功能，相對起來操作更加方便。連桿頸相位指連桿頸的角向尺寸，該特性直接影響發(fā)動機的做功階段和輸入輸出的銜接，因此也是曲軸的一個重要特性。相位超差的根本原因可分為粗精加工定位基準(zhǔn)不統(tǒng)一、精加工定位基準(zhǔn)質(zhì)量不穩(wěn)定。在分析過程中可有針對性地進行排查。

曲軸是在工作過程中，不斷承受彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，且在不同情況下承受其它各種復(fù)雜的沖擊等。所以，曲軸加工質(zhì)量的好壞直接影響發(fā)動機的整體性能表現(xiàn)。客戶群對車輛的質(zhì)量和動力的要求日益提高，對曲軸的質(zhì)量也提出了更高和更多的要求。隨著中國汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，相應(yīng)的新工藝、新設(shè)備、新材料也不斷涌現(xiàn)，市場競爭也越來越激烈。高速、高效加工在曲軸制造業(yè)也有相當(dāng)程度的應(yīng)用，并成為主要發(fā)展方向，相信曲軸制造技術(shù)在將來也會有更新、更快的發(fā)展。

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