曲軸孔的加工質(zhì)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能具有重大影響，奇瑞公司發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)部根據(jù)實(shí)際加工情況，對(duì)鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)缸體曲軸孔的精加工方案不斷進(jìn)行研究和持續(xù)改進(jìn)，收效顯著，使加工質(zhì)量和效率都得到了有效提升。

　　缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)重要的基礎(chǔ)件，其主要功用是將各機(jī)構(gòu)、各系統(tǒng)組裝成一體，而發(fā)動(dòng)機(jī)最主要的運(yùn)動(dòng)部件——曲軸、活塞和連桿都與缸體有著非常密切的關(guān)系。圖1為曲柄連桿機(jī)構(gòu)示意圖。目前，我們常見的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速達(dá)6 000r/min以上，曲軸在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的曲軸孔中與軸瓦之間形成油膜，以滑動(dòng)軸承的方式支撐和潤(rùn)滑高速運(yùn)轉(zhuǎn)的曲軸，這就對(duì)曲軸孔的精加工提出了較高的工藝要求。

　　由于曲軸孔的加工質(zhì)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能具有極大的影響，所以我們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸孔工藝的要求一般比較嚴(yán)格，包括直徑、位置度、圓度、各檔曲軸孔中心的直線度及表面粗糙度等。為了滿足這些要求苛刻的工藝指標(biāo)，精加工一般采用精鏜或鉸珩兩種加工方式。

　　一、精鏜加工方式分析

　　精鏜方式精加工曲軸孔相對(duì)于鉸珩方式而言，初期投入成本較低，可在加工中心或?qū)�機(jī)上與其他部位的精加工共同安排在一道工序。因考慮到特殊的工藝要求，目前我們采用的精鏜方案是兩把精鏜刀組合，第一把精鏜刀進(jìn)行引導(dǎo)鏜1、2檔曲軸孔(見圖2)，第二把精鏜刀在1、2檔曲軸孔的支撐下精鏜剩余的各檔曲軸孔(見圖3)。由于曲軸孔各檔之間需要保持較高的同軸度，所以精加工時(shí)必須在同一個(gè)方向進(jìn)刀加工，但這么長(zhǎng)的曲軸孔鏜刀在加工第1檔曲軸孔時(shí)會(huì)出現(xiàn)因缺少支撐而跳動(dòng)過大的情況，所以采用一長(zhǎng)一短兩把精鏜刀組合的方式精加工曲軸孔。

圖2 加工1、2檔曲軸孔的精鏜刀

圖3 加工最后幾檔曲軸孔的精鏜刀

　　目前，精鏜曲軸孔的鏜刀一般采用硬質(zhì)合金或CBN材質(zhì)的刀片。硬質(zhì)合金的刀片成本較低，但加工工件的表面粗糙度不好，且刀片的耐用度較低。針對(duì)這一問題，我們協(xié)同刀具供應(yīng)商共同收集了業(yè)內(nèi)較為普遍的刀片涂層材料以及在刀片切削角度上的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，對(duì)16款硬質(zhì)合金刀片進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，并嘗試了對(duì)各種合適的加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，具體的粗糙度波動(dòng)情況如圖4所示。通過大量驗(yàn)證，硬質(zhì)合金刀片在滿足粗糙度等工藝要求的前提下最好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為一次性加工80件，仍不能滿足大批量生產(chǎn)的要求。

圖4 測(cè)試的硬質(zhì)合金刀片中滿足要求的部分刀片粗糙度波動(dòng)

　　隨后，我們對(duì)精鏜刀的刀片材質(zhì)進(jìn)行了另外一種方案的驗(yàn)證，即更換現(xiàn)有的硬質(zhì)合金刀片材料為CBN刀片材料。我們依靠刀具供應(yīng)商開發(fā)出了10多款不同的CBN刀片對(duì)曲軸孔進(jìn)行切削驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果顯示：在粗糙度的控制方面，CBN刀片明顯優(yōu)于硬質(zhì)合金刀片，加工壽命能夠突破200件。但同時(shí)也產(chǎn)生了一些新的問題：用CBN材質(zhì)的刀片加工約150件時(shí)，開始在孔側(cè)出現(xiàn)輕微毛刺，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)出現(xiàn)翻邊現(xiàn)象。此處的毛刺甚至翻邊成為影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的質(zhì)量隱患，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成軸瓦劃傷及曲軸抱死等質(zhì)量事故。在曲軸孔毛刺問題的處理方面，我們?cè)黾恿饲�軸孔的毛刷，在一定程度上緩解了毛刺的存在，但仍存在較大的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。 此外，曲軸孔精鏜方案的質(zhì)量穩(wěn)定性相對(duì)鉸珩而言較差，且因?yàn)閾Q刀頻繁會(huì)極大地增加質(zhì)量控制的風(fēng)險(xiǎn)。精鏜刀加工出的工件表面粗糙度變化趨勢(shì)隨刀具耐用度的減少而下降較快，精鏜曲軸孔采用CBN刀片加工的工件表面粗糙度對(duì)比如圖5、6所示。

圖5 鏜刀加工首件的表面粗糙度報(bào)告

圖6 鏜刀加工200件時(shí)的表面粗糙度報(bào)告

　　二、鉸珩加工方式分析

　　對(duì)鏜削精加工的曲軸孔方案我們做了大量的探索工作，并開發(fā)出多種新型刀片進(jìn)行加工驗(yàn)證，但仍然未達(dá)到理想的加工效果，因此我們?cè)俅慰紤]曲軸孔鉸珩方案。從成本方面考慮，曲軸孔鉸珩的一次性投入較大，德國(guó)某知名珩磨機(jī)廠商的初步報(bào)價(jià)為40萬歐元(因配置要求不同，價(jià)格會(huì)有差異)，但后期加工成本比精鏜低很多，且加工質(zhì)量穩(wěn)定。曲軸孔鉸珩方案的具體實(shí)施如圖7所示。

圖7 曲軸孔鉸珩方案的實(shí)施

　　曲軸孔的鉸珩采用臥式珩磨機(jī)進(jìn)行加工，因?yàn)榕P式珩磨機(jī)的工作行程較長(zhǎng)，適用于像曲軸孔這類的深孔珩磨，深度最大可達(dá)3 000mm。在加工過程中，珩磨頭的油石在脹縮機(jī)構(gòu)作用下作徑向進(jìn)給，把工件逐步加工到所需尺寸。珩磨頭外周鑲有2～10根長(zhǎng)度約為孔長(zhǎng)1/3～3/4的油石，在珩孔時(shí)既旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又往返運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過珩磨頭中的彈簧或液壓控制而均勻外漲，所以與孔表面的接觸面積較大，加工效率較高。

　　珩磨余量一般不超過0.2mm。對(duì)鑄鐵或有色金屬進(jìn)行加工，珩磨的圓周速度可達(dá)50m/min以上;珩磨的往復(fù)速度不宜超過15～20m/min。油石對(duì)孔壁的壓力一般為0.3～0.5MPa，粗珩時(shí)可達(dá)1 MPa左右，精珩可小于0.1 MPa。由于珩磨時(shí)油石與工件是面接觸，每顆磨粒對(duì)工件表面的垂直壓力只有磨削時(shí)的1/50～1/100，加上珩磨速度低，故切削區(qū)的溫度可保持在50℃～150℃范圍內(nèi)，有利于減小加工表面的殘余應(yīng)力，提高表面質(zhì)量。為了沖刷切屑，避免堵塞油石，同時(shí)降低切削區(qū)的溫度和表面粗糙度，珩磨時(shí)采用的切削液要有一定的工作壓力并經(jīng)過過濾。切削液大都采用煤油或煤油加錠子油，也可采用極壓乳化液。

　　從圖8粗糙度測(cè)量報(bào)告數(shù)據(jù)的波動(dòng)趨勢(shì)來分析，其鉸珩的加工穩(wěn)定性非常高，并且珩磨頭一次更換砂條的耐用度可加工1萬余件，生產(chǎn)效率大幅提高。采用CBN刀片的精鏜加工方式，每200件需要換刀一次，平均每次換刀和首件檢測(cè)需要42min。如果將頻繁換刀所花費(fèi)的時(shí)間折算到每個(gè)工件上，將損失12.6s/件。按照現(xiàn)有某生產(chǎn)線的加工節(jié)拍為120s/件，生產(chǎn)綱領(lǐng)為16萬件/年來計(jì)算，全年將損失加工時(shí)間201.6萬s，利用這段時(shí)間每年可以多加工出1.68萬件。

圖8 連續(xù)20天實(shí)施鉸珩方案的首檢件粗糙度測(cè)量報(bào)告

　　表為曲軸孔不同精加工方式所產(chǎn)生的刀具損耗成本對(duì)比，從表可以分析出，單件的刀具成本差距較為明顯。按照理論分析計(jì)算，當(dāng)生產(chǎn)103萬件工件時(shí)，鉸珩方案相對(duì)于CBN精鏜方案的刀具損耗節(jié)約381.1萬元左右，略同于鉸珩設(shè)備的價(jià)格，并且鉸珩方案的質(zhì)量控制難度和風(fēng)險(xiǎn)都小得多。

　　曲軸孔不同精加工方式所產(chǎn)生的刀具損耗成本(單位：元)