曲軸加工工藝過程及IPO模型

韓自強，岳文輝，單武斌，王曉俊

(1.湖南電氣職業(yè)技術學院 電梯工程學院，湖南 湘潭 411101；2.湖南科技大學 機電工程學院，湖南 湘潭 411201；3.臥龍電氣南陽防爆集團股份有限公司，河南 南陽 473008)

1 引言

曲軸是汽車發(fā)動機的關鍵零部件，它的作用是把活塞的往復直線運動變成旋轉運動，將作用在活塞上的氣體壓力變成扭矩，用來驅動汽車發(fā)動機各輔助系統(tǒng)進行工作，它的質量在很大程度上影響著發(fā)動機的性能。大量的研究表明，零部件的質量又與其加工工藝有關，零部件的加工工藝不同，其IPO模型也不同。IPO模型(Input-Process-Output，輸入-處理-輸出)是一個用來描述系統(tǒng)輸入和輸出數據的模型，也可以用來描述一個系統(tǒng)與外界的信息交換[1]。IPO模型是進行清單分析的基礎，清單分析又是進行制造過程環(huán)境影響分析和評價的基礎，它能夠對產品制造過程的資源消耗和環(huán)境影響數據進行量化分析[2]。因此，對曲軸加工過程IPO模型進行研究可以為曲軸制造企業(yè)采用綠色工藝提供理論依據，也有利于綠色制造技術在曲軸制造業(yè)的推廣，對拓展綠色制造應用領域具有重要的意義。

近年來有關建立零件制造過程IPO模型的問題引起了一些學者的關注。張華等[3]建立了零件加工的IPO模型和資源環(huán)境屬性指標評價體系，并提出了拉開檔次組合評價法。曹華軍等[4]基于工藝IPO過程模型和列昂波特相互作用矩陣，提出一種零件制造過程能量和物料消耗、環(huán)境廢物排放和安全性的評價方法。胡嘉亮等[5]構建了混凝土泵車再制造工藝IPO模型,為混凝土泵車綠色再制造工藝優(yōu)化提供了依據。周祥超[6]建立了切削加工過程的IPO模型，基于這個模型對加工過程進行清單分析，為最后切削加工過程環(huán)境影響評價提供數據支持。趙滔[7]構建了車削工藝的IIPO模型，并以此為基礎建立了工藝綠色度綜合評價指標體系。在已有的研究基礎上，結合曲軸加工工藝的特點，本文建立了曲軸加工過程的IPO模型，IPO模型是進行清單分析的基礎，而清單分析又是進行制造過程環(huán)境影響分析和評價的基礎。因此曲軸加工過程IPO模型的建立，對清單分析和資源環(huán)境屬性評價具有重要的意義。

2 曲軸的結構及加工工藝

曲軸的作用是把活塞往復運動通過連桿轉變?yōu)樾D運動，傳給底盤的傳動機構。曲軸一般由主軸頸，連桿軸頸、曲柄、平衡塊、前端和后端等組成，如圖1所示。

圖1 曲軸的結構示意圖

雖然曲軸的品種較多，結構上一些細節(jié)有所不同，但加工工藝過程大致相同。現在以莫種六拐曲軸為例，介紹曲軸的機械加工工藝過程如表1所示。該曲軸材料是45#鋼，毛坯為鍛件。

表1 曲軸的機械加工工藝過程

3 曲軸典型加工工序的IPO模型

從表1可知曲軸的機械加工工藝過程主要包括鍛造、車削、鉆削、擴孔、鉸孔和熱處理等，因此可以構建幾種典型的IPO過程，參考文獻[8] 建立鍛造、切削和調質等典型工序的IPO模型，如圖2～圖4所示。

圖2 鍛造工藝IPO過程模型

圖3 切削工藝IPO過程模型

圖4 調質工藝IPO過程模型

4 曲軸加工過程IPO模型

曲軸的加工過程是由一系列工序過程組成的，每個工序過程都可以用一個IPO過程模型表示其輸入—處理—輸出過程，那么曲軸的整個加工過程可以看作由一系列IPO過程組成的工藝過程鏈，即把它看做一個大的輸入—處理—輸出過程。因此，可建立曲軸整個加工過程IPO模型，曲軸加工過程IPO模型如圖5所示。

圖5 曲軸的IPO過程模型

5 結語

結合曲軸加工工藝的特點，先建立了鍛造、切削和調質等典型工序的IPO模型，在此基礎上又建立了曲軸加工過程的IPO模型。曲軸加工過程IPO模型的建立，對清單分析和資源環(huán)境屬性評價具有重要的意義。