汽车曲柄零件机械加工工艺方案优化.pdf

年第 期汽车曲柄零件机械加工工艺方案优化李庆(安徽合肥技师学院,安徽 合肥 )摘要:在新时代下,人们对汽车的质量也有着更高的要求,高质量的汽车不仅能够提升人们日常交通的安全性,还能够为生产运输环节提供安全动力保障.各汽车厂商为了抢占市场份额,持续的进行技术优化与创新,提升汽车质量,以质量效益提升企业核心竞争力.曲柄作为汽车框架中动力承载的重要装置,曲柄在汽车结构中通过链接其他零件进行传递动力,故而,曲柄零件的质量好坏决定着汽车的稳定性与可靠性.关键词:汽车曲柄;曲柄零件;机械加工;优化方案中图分类号:T K 文献标识码:A文章编号:X()O p t i m i z a t i o no fM a c h i n i n gP r o c e s sP l a nf o rA u t o m o b i l eC r a n kP a r t sL iQ i n g(A n h u iH e f e iT e c h n i c i a nC o l l e g e,A n h u iH e f e i )A b s t r a c t:I nt h en e we r a,p e o p l ea l s oh a v eh i g h e r r e q u i r e m e n t s f o r t h eq u a l i t yo f c a r s H i g hq u a l i t yc a r s c a nn o to n l y i m p r o v e t h es a f e t yo f p e o p l e sd a i l y t r a f f i c,b u t a l s op r o v i d e s a f e t yp o w e r f o rp r o d u c t i o na n d t r a n s p o r t a t i o nl i n k s I no r d e rt os e i z et h em a r k e ts h a r e,a l la u t o m o b i l em a n u f a c t u r e r sc o n t i n u et oo p t i m i z ea n di n n o v a t et e c h n o l o g y,i m p r o v e t h eq u a l i t yo f a u t o m o b i l e s,a n de n h a n c e t h e c o r e c o m p e t i t i v e n e s so f e n t e r p r i s e sw i t hq u a l i t yb e n e f i t s A sa n i m p o r t a n td e v i c eo fp o w e rb e a r i n gi nt h ea u t o m o b i l ef r a m e,t h ec r a n kt r a n s m i t sp o w e rt h r o u g hc o n n e c t i n go t h e rp a r t s i nt h ea u t o m o b i l es t r u c t u r e T h e r e f o r e,t h eq u a l i t yo f t h ec r a n kp a r t sd e t e r m i n e s t h es t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo f t h ea u t o m o b i l e K e yw o r d s:A u t o m o b i l ec r a n k;C r a n kp a r t s;M a c h i n i n g;O p t i m i z a t i o ns c h e m e作者简介:李庆(),女,汉族,安徽庐江人,本科,讲师,研究方向:机械加工及专业课教学.引言经过百余年的发展,汽车质量发生了根本性的变化,在中国不断深化汽车生产制造的背景之下,汽车零部件的质量得到有效提升,各项机械加工与工艺越发成熟,有效的保障汽车整体结构稳定性.在汽车结构中,曲柄连杆机构的主要作用是将发动机气缸中燃烧形成缸内活塞往复运动的动力.连杆材料的细致选取,能够使曲柄构件在其加工工艺中满足相应的工作要求.在曲柄构件加工的工程中,需要严格遵守加工工艺与规范,保证机械加工的质量与精准程度,否则将会出现曲柄连杆机构失去其工作效能的现象,继而对汽车质量造成不利影响.故而需要重视零件的加工精度,优化汽车曲轴零件加工的工艺方案.曲柄连杆机构加工工艺与设计要求 连杆结构特点连杆是汽车结构中的主要传动元件之一,发动机在工作中,活塞顶部的压力被连杆传输到曲轴,曲轴经过驱动来带动压缩气缸之中的气体.在连杆的孔中装有薄壁金属轴瓦,能够在减少磨损的同时便于维修.轴瓦底层材料为钢制,为了减小轴瓦的磨损程度,可连杆体大头与连杆盖之间放置垫片.在连杆小头处活塞销与活塞相互连接,同时将青铜衬套压入小头孔内,不仅能够减少小头孔与活塞销之间的磨损,还能为磨损后的修理与更换提供便捷条件.连杆在工作的过程中需要其自身强度与刚度能满足工作要求,连杆还需要尽可能的将自身质量控制在一个合理的范围内,质量的减少能够有效减小惯性力作用.连杆杆身多数采取大头向小头渐渐变小的工字型截面形状.发动机中,各连杆的质量差距不可过大是发动机运转的前提条件之一,故而,连杆在进行设计时,通常在两端设置凸块,进行质量的平衡,同时可以为称量后切除不平衡质量提供方便,连杆大头与小头对称的分布在连杆两侧.由于需要考虑移动、安装与装夹的要求,连杆需要保持大头、小头的厚度相等.连杆小头顶端进行油孔或油槽的设计,依靠发动机工作时曲轴所产生的的高速转动,将润滑油飞溅进顶端油槽内,对连杆小头衬套与活塞销进行润滑,故而连杆加工的精度能够对发动机的性能造成影响.连杆材料与工作条件连杆组由连杆体、连杆螺栓和连杆盖等部分组成的.连杆小头处与活塞销进行连接并与活塞共同进行循环运动,连杆的大头处与曲柄销进行连接,跟随曲轴共同进行旋转运动.因为连杆在工作中同时受到压缩、弯曲、拉伸与扭转的作用,所以连杆通常做着相对复杂的平面运动,加之连杆自身所处的环境与本身特性,需要连杆的强度与刚度达到标准,还应该具有一定的抗疲劳能力,连杆在材料上,通常使用中碳合金钢或者中碳钢,例如 C r、号钢等材料.根据连杆的螺栓受力更加复杂,常常以优质合金钢为制造材料,比如 C rM o等.材料行业不断革新的背景下,越来越多的铝合金材料被应用,在保证连杆强内燃机与配件w w w n r j p j c n度与刚度不下降的同时,大幅降低连杆质量,减少惯性力作用,但是因为成本原因,此类新型材料多应用在高转速的发动机上.曲轴构造与飞轮工作原理曲轴由较多的曲拐所组成,曲拐经过铸造形成一个整体便是整体式曲轴,具有结构将对简单、工作性能聘问、质量较轻的特点.组合式曲轴指的是由若干曲拐装配而成的曲轴.当组合式曲轴某曲拐损坏时,进行损坏曲轴更换即可,不必进行整个曲轴更换,其维修成本较低,但是结构复杂,拆装较为麻烦.进气、压缩、做功、排气是四冲程发动机的工作循环,在一个工作循环中,只有在做功行程对外进行做功,进气、压缩与排气三个行程消耗功,这就需要一个储能部件来保证曲轴的输出转速,飞轮便是发动机中此类储能部件.在发动机做功的行过程中,飞轮为了使曲轴的转速不降到太低,会进行部分能量的吸收,来保证曲轴转速在合理的区间内,不会过高也不会过低,在进气、排气与压缩的进程时,飞轮进行能量的释放,保证曲轴能够正常的运行.飞轮作为摩擦式离合器的主动部件,具有调节点火正时与气门间隙的作用,飞轮的质量主要自于轮缘,不仅能够使飞轮在转动中具有足够的惯量,还能极大的降低飞轮质量,使发动机自重与成本得到控制.活塞组成与其设计要求活塞的顶部、头部与裙部组成了整个活塞,减少活塞受热面积,能够减轻汽车发动机的热负荷,所以活塞在多数的发动机中,其顶部皆采用平顶结构,凸顶活塞由于能够有效的调节发动机的压缩比,采用较多.将陶瓷与不锈钢等能够降低发动机热负荷的物质镀在汽车发动机的顶部.活塞头部上装有上气环、下气环、油环三道气环,为了能够使活塞上的热量传输到气缸壁上,使气环与气缸壁进行接触,最终达到减少活塞热负荷的目的.活塞中三道气环还能够保证缸内气体不泄露,从而保证气缸具有良好的密封性,避免出现机油燃烧而产生的爆震.起到密封作用的油环还能够将气缸壁上的机油进行清除,在发动机气环上方设置隔热槽,将热量向下传导,能够有效的减少环的热负荷,避免由于发动机中活塞上气环热负荷损坏,影响到发动机的使用寿命.同时使用耐热护圈进行环槽耐磨性的提升,在环槽区进行圆滑设计,对于发动机的使用寿命有着明显提升.在现阶段的汽车中,发动机活塞的材料主要以铝合金为主.使用铝合金材质的活塞质量轻,往复运动惯性力小、工作平稳.铝合金材料的具有良好的导热性能,可以使活塞保持一个较低的温度范围.因为铝合金材料的特性,其热膨胀系数相对较大,活塞工作时,温度过高将会导致其自身的强度与硬度明显下降,机械性能下降.在汽车发动机不 断 发 展 的 过 程 中,活 塞 上 部 的 温 度 将 会 超 过 摄氏度,对活塞来说是一个巨大的考验,需要对其材料有着更高的标准.铸铁与铝合金在今后发动机活塞材料的发展中仍会占据主导地位,但是机械性能更强、质量耕地、导热性更加优越的新型复合材料不断发展,将会逐渐的替代现有活塞.对活塞表面进行相应处理,顶部进行阳极氧化处理,能够减少活塞顶部的热量吸收,使活塞受热更加均匀.在活塞裙部,为了减少拉缸出现的概率,一般采用镀锡处理,同时在活塞裙部进行石墨的涂抹,均匀磨损,有效的提升活塞的工作寿命,也能够在一定程度上避免出现拉缸现象.汽车曲柄零件的相关简述曲柄连杆机构分别由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组组成,曲柄零件是汽车曲柄连杆机构的基本要素.其中机体组由气缸体、汽缸垫、气缸盖、曲轴箱、气缸套油底壳组成;活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆组成;飞轮、曲轴、平衡轴等部分组成了曲轴飞轮组.曲柄各类零件能够传输汽车结构动力,将零件进行连接.通过零件作用力,形成曲柄结构,最终促使曲柄连杆机构发挥动力效能.曲柄,曲轴臂,其主要用于连接主轴颈和连杆轴颈,如图所示.图曲柄示意图在汽车的生产与制造中,对曲柄零件有着严格的要求,包括零件尺寸、零件材料与其所处的位置等.汽车曲柄零件与曲柄零件毛坯的材质主要为S C 碳素钢,以 为基准,对 G 孔位提供精确加工,保证了工艺的位置精准.曲柄零件毛坯的余量较为充足,且稳定性良好.在曲柄零件上下平面和曲柄槽体部分,零件尺寸与表面精度更加容易把握,而在 G 和 H 两孔中,需要开展准确计算与精湛的切削技术,才能够把握尺寸与精度.G 与 H 孔间距为 .图为汽车曲轴加工工艺示例零件图.图汽车曲轴加工工艺示例零件图汽车曲柄构件机械加工工艺方案分析运用划线操作的方式处理曲柄零件,对于曲柄零件毛坯中的缺陷一目了然,不同毛坯存在的各位置加工量有一定的差距.为了对曲柄零件尺寸、上平面与下平面进行精准切削,开展铣床技术处理,表面粗糙度为R a ,上下平面分别切削至 mm与 mm,铣床技术工艺所切削的参 年第 期数完全符合汽车曲柄零件图纸的设计数据.加工过程表现为如下工艺:将孔精准度控制为粗糙到精加工,采用镗削工艺,能够使孔的精确度把握更好,故而镗孔经常采用切削工艺,使用镗孔进行加工能够扩大孔径,提升孔的精确度,孔表面的精度得到有效提升,其表面的粗糙程度也得到了控制.故而在孔 H 至孔 之间的几个位置上,首先进行粗糙加工镗孔,主要作用便是为 H 做好镗孔的位置铺垫,同时还能够为 G 孔精准定位,为摇摆钻床上加工底孔工序进行基础准备.钻床工艺隶属于钻孔工艺,钻床是指对各零件运用钻头开展加工的钻孔机床面,钻床工艺具体表现为:将工件固定在相应位置,保证其不动,之后钻床的刀具钻孔开始旋转,在经过前期步骤铺垫后,使用钻床来进行底孔加工 G,从 G 至 的 钻 孔 工 艺,采 用 钻 床 工 艺 为 G 的精细加工奠定基础.立式加工过程的中心上,采用半精细到精细的镗孔进行 到 H 加工,加工过程中使用不带台阶的平面定位,同样采用半精细到精细的镗孔对 到 G 进行加工,使用 的台阶平台进行定位,停止端口在应用加工的中心孔 处,最终按照图纸中镗孔精度的相关要求与标准完成零件.上述为零件加工的初始方案,是如今汽车生产制造行业较为常见的图纸设计,对上述方案进行研究与分析,能够发现初始方案中存在个别需要完善与解决的问题.其中问题与缺陷如下:上述初始机械加工方案的工作效率相对较低,再加工的过程中需要经过多种程序与工艺,同时根据零件各位置精确度的不同来进行标准加工,使得在整个加工的过程中耗费了大量的人力与物力,加大了工作量,耗费时间,在一定程度上减缓了加工团队的工作效率.例如 G 与 H 的个别孔,其圆柱度与图纸不符.汽车曲柄零件加工方案优化策略根据上述初始的加工方案,通过总结分析,以满足现阶段汽车曲柄零件所要求的质量与精确程度为目的,以方案中待优化的部分工艺为切入口,在初始方案的设计基础上提出符合实际的优化工艺策略,具体方案如下:初始加工方案中的前两步工序保持不变,依旧保持划线操作,之后采用铣床工艺进行加工处理,表面精度为R a ,将 曲 轴 零 件 下 平 面 切 削 为 mm,上 平面 mm.经过工序后,改变装夹方式,夹取零件使用通用夹具,之后加工过程中,在中心机床上对各孔的切削加工方案进行更改,具体如下:第一次进行装夹时,以汽车曲柄零件下平面为定位基准,之后对 X 进行铣削工艺加工,能够更好的定位镗孔位置;在完成 切削加工后,可以根据 孔为位置精确,在 位置上钻个的孔,为下一步的加工程序进行铺垫;第二次装夹,翻转曲柄零件需要进行曲准夹,进而保证 上孔位的精准,在上平面完成位置精准后,以 G 孔的位置为基准,对 上孔开展精细加工.将钻削加工工艺运动在 G 至 孔中,奠定 G 孔版精确与精确加工的基础.使用专业工具在 H 与 G 两孔镗床工艺中进行装夹:在第一次装夹的过程中,以专业夹具来开展 定位位置,由于镗削工艺控制精度效果更好,之后使用镗削的加工工艺,精准控制从粗到细的加工力度,加工 到 G 孔,应确保其表面粗糙程度能够满足设计图纸的要求;二次装夹时,以 G 孔为根据,进行定位,运用专业夹具对 至 H 孔开展镗削加工,期间需要控制好孔表面的粗糙程度.在进行曲柄上孔的加工时,需 要 配 种 平 衡 块 来 客 服 非 对 称 性 所 造 成 的 离心力.结论汽车曲柄零件加工工艺方案的完善与优化,能够有效提升加工效率与质量,同时减少材料的浪费,提高生产的整体效益.本文通过对汽车曲轴各零件进行多方位的分析探究,优化完善初始工艺方案,将工艺效率提升了 作用,有效的降低了零件材料的浪费,在满足曲柄零件的质量下,提升了方案的整体效率,最终达到提升汽车整体质量的效果.参考文献:肖福文曲柄连杆机构的拆装与检测的教学设计J汽车维护与修理,():贾燕红建模仿真软件在汽车发动机设计中的应用J微型电脑应用,():徐晶晶汽车曲柄零件机械加工工艺方案优化J科技风,():夏怡文汽车曲柄零件机械加工工艺方案优化J时代汽车,():裘震六步法在汽车发动机装调教学中的应用 以曲柄连杆机构拆装为例C/第二届中德机电一体化职业教育国际论坛暨第三届全国机电一体化专业教学 经 验 交 流 会 论 文 集 出 版 者 不 详,:张吉林汽车曲柄零件机械加工工艺方案优化J装备制造技术,():