Effiziente Grobbearbeitung des Motorkurbelwellenzapfens

Effiziente Grobbearbeitung des Motorkurbelwellenzapfens

Abbildung 1 Drehen und Ziehen mit mehreren Werkzeugen

Gegenwärtig hat sich die Kurbelwellenverarbeitungstechnologie in Richtung Hochgeschwindigkeit, Hocheffizienz und Compoundierung entwickelt. Die am weitesten verbreiteten Verarbeitungstechniken sind Innenfräsen, Drehen und externes Hochgeschwindigkeitsfräsen. Da verschiedene Prozesse ihre Vor- und Nachteile und anwendbaren Bereiche haben, sollten je nach Struktur des Produkts oder der Kombination unterschiedliche Prozessmethoden ausgewählt werden, um die hohe Qualität und effiziente Herstellung des Produkts sicherzustellen.

Die Kurbelwelle ist eines der wichtigsten Teile des Motors und es ist auch das Teil, das die größte Last im Motor trägt. Wenn der Motor arbeitet, wird die lineare Hin- und Herbewegung des Kolbens und der Pleuelstange durch die Kurbelwelle und die Ausgangsleistung in eine Drehbewegung umgewandelt. Die Kurbelwelle muss enormen Wärmeschockbelastungen und den kombinierten Auswirkungen verschiedener Kräfte beim Arbeiten standhalten, daher muss die Kurbelwelle eine höhere Festigkeit aufweisen. Da die Kurbelwelle unter hoher Drehzahl und hoher Wechsellast arbeitet, gelten strenge technische Bedingungen, Form- und Positionstoleranzen sowie Maßgenauigkeiten wie Material, Oberflächenhärte des Zapfens, dynamisches Gleichgewicht und Biegefestigkeit. Anspruch. Die Kurbelwelle weist jedoch eine komplexe Struktur und eine geringe Steifigkeit auf, insbesondere eine Kurbelwelle mit einem kleinen Überlappungssystem zwischen dem Hauptzapfen und dem Pleuelzapfen, was die Verarbeitung erschwert.

Die Form- und Positionstoleranz, die Maßgenauigkeit und die technischen Anforderungen der Kurbelwelle konzentrieren sich hauptsächlich auf den Hauptzapfen und den Pleuelzapfen der Kurbelwelle. Daher bildet die Verarbeitungstechnologie dieser beiden Zapfen den Hauptinhalt der Kurbelwellenverarbeitungstechnologie. Im Folgenden konzentrieren wir uns auf den Grobbearbeitungsprozess des Kurbelwellenzapfens.

Grobe Bearbeitungstechnologie des Kurbelwellenzapfens

Die Rohbearbeitungstechnologie des Kurbelwellenzapfens war vor den 1970er Jahren hauptsächlich das Drehen mit mehreren Werkzeugen, einschließlich: Drehen mit mehreren Werkzeugen des Vollzapfens mit Zwischengetriebe für das Drehen des Hauptzapfens, das gleichzeitig die Bearbeitung mit mehreren Werkzeugen an jedem Hauptzapfen durchführen kann; Wird für Pleuel verwendet Das Doppelkopf-Antriebsprofil-Multitool-Drehen des Zapfendrehens kann die Zapfen der Pleuel in jeder Phase drehen oder die Zapfen der gleichphasigen Pleuel durch exzentrische Klemmung mehrfach schneiden. Aufgrund der geringen Bearbeitungsgenauigkeit und der hohen Schnittkraft kann dieses Schneidverfahren leicht zu Verformungen des Werkstücks, erhöhter Spannung und geringer Flexibilität usw. führen. Es wurde derzeit im Grunde nicht angewendet

Mit dem Aufkommen von CNC-Drehmaschinen ist es möglich, CNC-Drehmaschinen für die Grobbearbeitung von Zapfen zu verwenden. Dieser Prozess beseitigt die Mängel beim Drehen mit mehreren Werkzeugen, aber es ist ein intermittierendes Schneiden bei der Bearbeitung der Seite der Kurbel, was sich nachteilig auf die Lebensdauer des Werkzeugs auswirkt und daher den Anstieg des Schneidverbrauchs begrenzt. Da es sich bei diesem Verfahren um Einzelschnittschneiden handelt, ist die Produktionseffizienz gering und es wird selten bei der Grobbearbeitung von Pleuelzapfen und Hauptzapfen verwendet, aber es wird immer noch bei der Grobbearbeitung anderer Zapfen großer und kleiner Kurbelwellen verwendet. .

In den 1960er und 1970er Jahren entwickelten Unternehmen wie Heller aus Deutschland und Komatsu aus Japan den externen Fräsprozess der Zeitschrift. Zu diesem Zeitpunkt waren sowohl die Drehzahlen des externen Fräswerkzeugs als auch des Werkstücks hoch. Das Werkstück drehte sich, um einen Umfangsvorschub zu erzielen, während sich das Werkzeug drehte und langsam radial zugeführt wurde, um ein Umfangsfräsen am Zapfen durchzuführen. Später führten der deutsche Berliner und andere Unternehmen den internen Fräsprozess ein, der zwei Prozessmethoden umfasst: Werkstückrotation und Werkstückimmobilisierung. Das interne Fräsen ist dem externen Fräsen in Bezug auf die Spannkraft des Schneidkopfs und die Schnittstabilität überlegen. Daher wird der externe Fräsprozess schrittweise durch das interne Fräsen ersetzt. Aufgrund der einzigartigen Vorteile des Innenfräsens kann insbesondere das Werkstück während des Bearbeitungsprozesses ruhig gehalten werden. Durch die Verwendung eines Trägers mit hoher Steifigkeit kann die Steifigkeit des Werkstücks während des Bearbeitungsprozesses verbessert und die CNC-Steuerung verwendet werden. Für die Grobbearbeitung des Halses ist das Innenfräsen nach wie vor die erste Wahl. Insbesondere bei Kurbelwellen aus geschmiedetem Stahl ist das Innenfräsen dem Spanbruch förderlicher.

In den 1980er Jahren, mit der Entwicklung und Verbreitung der CNC-Technologie, wurde die CNC-Wagen- und Wagenautotechnologie schnell gefördert. Diese beiden Verfahren weisen eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit und Produktionseffizienz auf und können die Bearbeitung von Hinterschnittnuten realisieren. Gegenwärtig werden sie häufig bei der Grobbearbeitung der Kurbelwelle von Motoren mit kleinem und mittlerem Hubraum verwendet, und der Grobschleifprozess kann weggelassen werden, und der Zapfen tritt direkt in das Feinschleifen ein. Der Pleuelhals und der Hauptwellenzapfen können jedoch nicht im selben Prozess bearbeitet werden. Sie müssen jeweils auf zwei Werkzeugmaschinen ausgeführt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Phasenwinkel muss die Pleuelhalsbearbeitung mehrmals installiert werden, um die Zapfenbearbeitung mit unterschiedlichen Phasenwinkeln zu realisieren. Abbildung 1 zeigt den Dreh- und Drehvorgang mit mehreren Werkzeugen.

In den 1990er Jahren wurde das CNC-Hochgeschwindigkeits-Außenfräsen entwickelt. Bei diesem Verfahren dreht sich ein mit mehreren Zähnen ausgestatteter Scheibenfräser mit hoher Geschwindigkeit und wird der Bearbeitungsgröße entlang der radialen Richtung zugeführt. Das Werkstück dreht sich langsam um einen Kreis für den Kreisvorschub, um die Bearbeitung eines Zapfens abzuschließen. Bei diesem Vorgang können zwei Messerköpfe verwendet werden, um den Pleuelzapfen bzw. den Hauptzapfen zu verarbeiten. Die Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs ist schnell. Die Pleuelzapfen mit unterschiedlichen Phasenwinkeln können in einer Installation installiert werden, um die Bearbeitung abzuschließen. Dies spart Zeit beim Spannen und Laden und Entladen des Werkstücks. Es hat eine hohe Produktionseffizienz und Flexibilität und wird daher zunehmend bei der Grobbearbeitung von Kurbelwellenzapfen eingesetzt. Abbildung 2 zeigt das Hochgeschwindigkeits-Außenfräsen mit Doppelschneidköpfen.

Analyse der Eigenschaften mehrerer Verarbeitungsmethoden

Die Kurbelwellenbearbeitungstechnologie hat sich in Richtung hoher Geschwindigkeit, hoher Effizienz und Compoundierung entwickelt. Gegenwärtig sind die drei weit verbreiteten Verfahren Innenfräsen, Drehen und Hochgeschwindigkeits-Außenfräsen. Seine unterschiedlichen Eigenschaften und Vorteile manifestieren sich hauptsächlich in:

1. Auto-Auto ziehen

Beim Drehen, Drehen und Ziehen wird der Zapfen und die Druckfläche mit einem scheibenförmigen Dreh- und Drehwerkzeug bearbeitet. Seine Eigenschaften umfassen:

(1) Momentan hat nur ein Werkzeug Kontakt mit dem Werkstück, und das Metall, das von jeder Klinge unter der Hochgeschwindigkeitsdrehung des Werkstücks geschnitten wird, ist sehr dünn, etwa 0,4 × 0,6 mm, so dass die Schneidkraft gering ist Die Biegeverformung des Werkstücks ist ebenfalls gering, und das Schneiden ist stabil und verarbeitet. Hohe Präzision und gute Oberflächenpräzision.

(2) Während des Bearbeitungszyklus eines Werkstücks berührt jedes Messer das Werkstück nur einmal, so dass die Werkzeuglebensdauer lang ist und jede Klinge 4 000 bis 5 000 Werkstücke verarbeiten kann.

(3) Die gesamte Verarbeitung wird mit mehreren Klingen abgeschlossen. Das Klingenlayout kann für verschiedene Werkstücke, Materialien und Verwendungszwecke optimiert und das am besten geeignete Werkzeugmaterial ausgewählt werden.

(4) Das CNC-System der Wagenwagenausrüstung steuert nicht nur die Rotations- und Radialkoordinaten, sondern auch die Axialkoordinaten und kann Werkstücke mit axialen Hinterschnittnuten bearbeiten.

Die Dreh-Dreh-Werkzeugmaschine weist eine hohe Produktionseffizienz, eine gute Verarbeitungsgenauigkeit, eine hohe Flexibilität, einen hohen Automatisierungsgrad und eine kurze Werkzeugwechselzeit auf. Nach der Bearbeitung kann die Kurbelwelle direkt fein geschliffen werden, so dass kein grobes Schleifen erforderlich ist. Wenn jedoch die Seite des Ausgleichsgewichts bearbeitet wird, wenn die Räummaschine schnell vorrückt und sich der Kurbelwelle nähert, wird zuerst die Seite des Ausgleichsgewichts der Kurbelwelle bearbeitet. Da die Seite des Ausgleichsgewichts eine intermittierende Oberfläche ist, ist die Bearbeitung ein intermittierendes Schneiden. Die durchgehende Oberfläche ist nur dann vorhanden, wenn der Flansch der Kurbelwelle den äußeren Kreis des Zapfens erreicht. Die Kurbelwelle dreht sich mit einer höheren Geschwindigkeit und das Werkzeug ist einem größeren Aufprall ausgesetzt. Es war schnell kaputt. Dies ist das Problem, das besteht, wenn die Kurbelwelle, die auf der Seite des Ausgleichsgewichts bearbeitet werden muss, durch Drehen bearbeitet wird.

Gegenwärtig haben ausländische Länder beim Drehen und Drehen der Kurbelwellenausgleichsgewichtsseite und des Zapfens die Methode zur Erhöhung der Anzahl der Schaufeln angewendet, um das Problem zu lösen, was zu einem abnormalen Werkzeugverbrauch und einem Anstieg der Werkzeugkosten führt. Insbesondere wenn die Qualität des Rohlings nicht gut ist und die Bearbeitungszugabe groß ist, sollte die Seite des Ausgleichsgewichts der Kurbelwelle nicht durch das Drehen und Ziehen bearbeitet werden.

2. Hochgeschwindigkeits-Außenfräsen

Die Vorteile des externen Fräsprozesses der CNC-Hochgeschwindigkeitskurbelwelle sind: hohe Schnittgeschwindigkeit (bis zu 350 m / min), kurze Schnittzeit, kurze Prozesszykluszeit, geringe Schnittkraft, geringer Anstieg der Werkstücktemperatur, hohe Standzeit, weniger Werkzeugwechsel, und Die Verarbeitungsgenauigkeit ist hoch und die Flexibilität ist besser.

Wenn ein Hochgeschwindigkeits-Außenfräsen verwendet wird, dreht sich das Werkstück langsam mit Umfangsvorschub, während der Außenscheibenfräser Hochgeschwindigkeitsschneiden und Radialvorschub ausführt. Die Zeitlupe des Werkstücks verringert den dynamischen Interferenzeffekt der unausgeglichenen Masse des Werkstücks. Der Scheibenschneider führt ein Hochgeschwindigkeitsschneiden durch, und die Schneidkraft jeder Klinge ist gering, und es kann eine bessere Genauigkeit erzielt werden. Der Messerkopf wird radial bis zu einer vorbestimmten Tiefe zugeführt, und das Werkstück dreht sich langsam um einen Kreis, um die Bearbeitung eines Zapfens abzuschließen. Die Werkzeugmaschine übernimmt die CNC-Steuerung. Durch eine schnelle und unabhängige Werkzeugsteuerung und entsprechende Programmeinstellung können Pleuelzapfen mit unterschiedlichen Phasenwinkeln von Kurbelwellen mit unterschiedlichen Zylindernummern auf einer Werkzeugmaschine bearbeitet werden. Die Doppelfräser-Hochgeschwindigkeits-Außenfräsmaschine kann gleichzeitig einen Fräser zum Fräsen des Hauptzapfens und den anderen Fräser zum Fräsen des Pleuelzapfens verwenden, was eine effiziente und hochflexible Prozessmethode darstellt.

3. Innenfräsen

Der Schneidvorgang des Innenfräsens wird im Ringfräser eingestellt und das Material durch Drehen des Bearbeitungswerkzeugs um das feststehende Werkstück entfernt. Die Position des Werkstücks ist während des gesamten Prozesses festgelegt und der Stützzustand ist gut. Diese Steifigkeitsbedingung ermöglicht es dem Werkstück, große Schnittkräfte aufzunehmen und einer hohen Materialabtragsrate standzuhalten. Daher ist das Innenfräsen besser für die Grobbearbeitung von Werkstücken geeignet, die einen großen Materialabtrag erfordern. In Nutzfahrzeugen oder großen Motoren haben Kurbelwellen und Kurbelwellen große Bearbeitungsflächen. Unter diesen Umständen ist es häufiger.

Die Produktionseffizienz des Innenfräsens ist relativ hoch, und die Verwendung des Fräsens mit mehreren Werkzeugen kann die Verarbeitung aller Hauptzapfen in einer Klemmung vervollständigen. Bei der Verarbeitung von Pleuelzapfen ist der Materialabtrag relativ gering, und anstelle des Innenfräsens wird häufig ein externes Hochgeschwindigkeitsfräsen verwendet.

Der Vergleich der Bearbeitungsgenauigkeit verschiedener Bearbeitungsprozesse ist in der Tabelle dargestellt.

Auswahl des Rohbearbeitungsprozesses der Kurbelwelle

Durch die Analyse der Eigenschaften der drei weit verbreiteten Prozessmethoden wird ersichtlich, dass jeder Prozess seine Vor- und Nachteile und anwendbaren Bereiche hat und je nach Struktur oder Kombination des Produkts unterschiedliche Prozessmethoden ausgewählt werden sollten.

1. Wenn die Seite des Kurbelwellenausgleichsgewichts bearbeitet werden muss, sollte das CNC-Innenfräsen oder das CNC-Hochgeschwindigkeits-Außenfräsen für die Hauptzapfenbearbeitung bevorzugt werden, und das CNC-Hochgeschwindigkeits-Außenfräsen sollte für die Pleuelhalsbearbeitung verwendet werden. Wenn es sich bei dem Rohling um einen geschmiedeten Stahlrohling handelt, ist das CNC-Innenfräsen dem Spanbruch förderlicher. Das CNC-Dreh-Dreh-Verfahren sollte nicht angewendet werden, da die Seite des Ausgleichsgewichts intermittierend gedreht wird, die Kurbelwellendrehzahl sehr hoch ist (ca. 1 000 U / min) und das Phänomen des Werkzeugkollapses schwerwiegender ist.

2. Wenn die Seite des Kurbelwellenausgleichsgewichts nicht bearbeitet werden muss, wird das CNC-Drehen für die Hauptzapfenbearbeitung verwendet, die eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit aufweist. Da sich die Pleuelhalsachse nicht auf derselben Mittellinie befindet, erhöht die Dreh-Dreh-Verarbeitung die Anzahl der Werkzeugmaschinen. CNC-Hochgeschwindigkeits-Außenfräsen oder Innenfräsen kann verwendet werden.

3. Bei Kurbelwellen mit hinterschnittenen Nuten im Zapfen kann das CNC-Drehen seine Überlegenheit zeigen. Wenn die Kurbelwelle axiale Hinterschneidnuten aufweist, können CNC-Hochgeschwindigkeits-Außenfräsen und CNC-Innenfräsen nicht bearbeitet werden, und es sollte Drehen-Drehen verwendet werden. Wird bearbeitet.

Die oben genannten Geräte sollten unabhängige Doppelschneidköpfe und ein modulares Schneidsystem verwenden, um eine flexible Verarbeitung zu realisieren und gleichzeitig die Produktionseffizienz zu verbessern.

Aktueller Status der Grobbearbeitungsausrüstung des inländischen Kurbelwellenzapfens

In den letzten Jahren wurde das technische Niveau der Ausrüstungsfertigungsanlagen meines Landes stark entwickelt und weiterentwickelt, und einige Ausrüstungen, die für die Grobbearbeitung von Motorkurbelwellen erforderlich sind, wurden entwickelt, wie z. B. CNC-Kurbelwellen-Innenfräsmaschinen, CNC-Kurbelwelle Ölbohrmaschinen und so weiter. Aus Sicht der Motorenhersteller sind die derzeitigen Haushaltsgeräte jedoch immer noch nicht in der Lage, die Anforderungen der modernen Fertigung in Bezug auf Genauigkeit, Effizienz und Zuverlässigkeit zu erfüllen. Daher ist der Anteil importierter Geräte derzeit in großen Motorenproduktionsanlagen relativ hoch. Die Lücke bei Haushaltsgeräten äußert sich hauptsächlich in: Bei der gleichen Art von Werkzeugmaschinen gibt es eine Lücke in der Leistung; Einige Haushaltsgeräte, die für fortschrittliche Herstellungsprozesse erforderlich sind, sind noch nicht ausgereift, z. B. Dreh- und Drehwerkzeuge für die Bearbeitung von Kurbelwellenzapfen. Haushaltsgeräte sind in Die Produktionseffizienz und -zuverlässigkeit sind nicht so gut wie bei Fremdgeräten, und die Genauigkeit kann die Anforderungen des Produkts nicht erfüllen. Es ist schwierig, die Cmk-Wertannahme zu bestehen. Inländische Geräte weisen eine hohe Ausfallrate mit einem MTBF (Machine Tool Capability Index) von etwa 500 Stunden auf, während ausländische Geräte über 1.000 Stunden liegen.

Angesichts der Bedeutung des Motors im gesamten Fahrzeug und der komplexen Struktur und hohen Präzision der Hauptteile des Motors ist die Lücke zwischen den Haushaltsgeräten in den oben genannten Aspekten stärker ausgeprägt. Daher ist es nach wie vor sehr wichtig, das technische Niveau der Automobilherstellung meines Landes und die Fähigkeit der inländischen unabhängigen Fertigungsanlagen durch Verbesserung der Schlüsseltechnologie und -ausrüstung der Motorenherstellung zu verbessern und die derzeitige Situation hauptsächlich vollständig zu ändern Import von Ausrüstung in die Hauptproduktionslinie für Motorenteile.