汽车曲轴绿色制造技术研究分析

彭旺生

摘 要：曲轴是汽车发动机中关键的部件，其要承受连杆的力，要将其转变为转矩，利用曲轴输出并且驱动，可以为发动机其他工件的应用提供动力。汽车曲轴制造与生产是一项复杂的工艺，在生产中为了降低污染，提升资源利用效率，实现绿色化的发展，要根据实际状况，采取合理的工艺手段。基于此，文章主要对汽车曲轴绿色制造技术进行了简单的研究分析，了解了工序余量优化、汽车曲轴用非調质钢技术、含稀土的新型曲轴铁基合金工艺等绿色制造技术以及工艺手段。

关键词：汽车曲轴;工序余量优化;汽车曲轴用非调质钢技术;含稀土的新型曲轴铁基合金工艺

中图分类号：U466 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）09-0038-02

绿色制造技术是一种以绿色理念为主要指导，合理利用绿色设计，工艺，实现绿色包装以及生产的一体化科学技术手段。在进行汽车曲轴的绿色制造以及生产中，要分析产品的设计、制造、包装、运输以及应用等全过程生命周期的管理。绿色生产对于环境不好产生较为严重影响，具有较高的资源利用效率，可以在一定程度上协调社会经济的发展，是今后工业生产的关键技术。

1汽车曲轴工序余量优化

曲轴在旋转质量的影响之下，在离心力、周期变化气体惯性力以及往复惯性力等多种力的共同作用与影响之下，会承受一定的荷载作用。因此，曲轴具有一定的强度，表面具有耐磨、平衡性好的特征。汽车曲轴的制造就是将毛坯通过机械加工形成成品的过程。机械加工是通过切削刀具、砂轮等方式进行处理，处理多余的金属，使其达到零件图纸形状、尺寸以及表面粗糙程度要求的一种机械零部件加工的方式。在社会经济发展以及进步中，人们对于环境保护工作日益关注，而传统的工艺加工会在一定程度上出现环境污染隐患，不利于生态环境的建设以及发展。因此，在进行汽车曲轴机械加工处理中，要合理地应用绿色化的加工工艺[1]。

1.1曲轴尺寸参数优化

尺寸精度是进行工件加工质量衡量的关键因素。在尺寸精度加工中，在用料以及末端废物产生量等因素的影响之下，要对其系统进行分析。在加工处理中，要合理的控制加工尺寸，保障加工的连续性，要实现绿色化的生产。

在选择材料之后，要根据要求进行尺寸参数的优化处理。在传统的曲轴尺寸设计处理中，要通过经验类比的方式进行设计，如果不符合要求要调整方案，在对其进行分析校核处理;通过反复处理之后方可获得满意的结果。

整个设计流程为“设计、评价再设计”。此种方式会耗费大量的时间，导致材料资源的浪费等问题。因此，在实践中要做好曲轴尺寸参数的优化分析。

在优化分析中可以通过数学分析软件提升尺寸的精度。利用计算机技术对其进行优化分析，通过数学模型对实际问题进行计算，降低了重复性的计算，可以获得曲轴毛坯优化设计参数方案，进而实现绿色生产的目的，有效的节省材料资料[2]。

1.2曲轴工序余量优化流程

一般状态之下要将零件加工划分为几个不同的加工阶段，在实践中基于精度的不同要求，将其划分为加工阶段、半精加工以及精加工几个不同的阶段。

1.2.1 粗加工

在进行粗加工处理中，要对加工表面的余量进行处理，对其进行精基准的分析，在加工中要提升整体的生产率。

1.2.2 半精加工

在进行半精加工处理中，主要就是避免加工误差等问题，保障加工可以达到一定的精度，进而便于精加工处理。

1.2.3 精加工阶段

在进行精加工处理中要分析尺寸、形状以及具体的位置精度是否可以达到图纸规定的要求，做好表面粗糙程度的管理。

1.3曲轴工序余量优化方式

在加工中其主要的工序为粗车、半精车、磨削三个流程。在加工中要根据具体的加工方式、粗糙度等条件产生不同的工序余量。

在实践中要对其进行优化设计。通过计算抽象为数学模型，利用计算机优化算法进行曲轴的优化设计，通过建立8个变量曲轴数学模型，综合分析曲轴复杂状况，将切应力、弯曲应力以及压力等作为主要的约束条件，进行竖向模型的优化计算，建立非线性约束条件，保障模型与实际的工作环境接近。

通过此种方式可以有效的避免重复性的计算，通过最优化计算方式进行处理，可以获得曲轴毛坯优化设计参数方案，进而实现绿色生产的目的。

同时，综合曲轴价格处理中不同环节中的不同特点，分析各项影响因素，对不同影响因素进行分析研究，进行大批量生产模锻曲轴毛坯优化分析，综合曲轴毛坯尺寸参数结果信息，根据曲轴生产工艺对不同工序余量进行分析，其计算结果对于实际的生产具有参考意义。

在充分的保障加工质量基础之后，优化曲轴毛坯参数，基于工序余量信息，通过对曲轴粗加工，半精加工、精加工的加工余量优化的方式，可以有效的降低损坏，实现绿色制造处理。

在进行汽车曲轴尺寸参数的优化设计中，通过计算机进行处理，形成抽象的数学模型，可以有效的避免重复性的计算分析，利用MATLAB优化工具箱，在优化函数的支持之下可以获得结果，进而确定曲轴毛坯最佳设计参数组合，达到节省原料的效果。通过对工序余量优化分析，可以有效的实现绿色化的生产。

1.4绿色评价方法

在进行绿色评价中要综合分析时间、质量、成本以及资源消耗、环境污染等各个方面的因素，利用模糊综合评判方式进行分析，通过模型进行评价管理，在定性以及定量结合状态之下，可以利用数学优化的方式获得信息。因此，利用模糊综合评判的方式，根据工艺特征，可以合理的选择绿色程度高的工艺技术。

2基于CAD/CAM的汽车曲轴的数控加工仿真工艺

基于绿色工艺基础原则，则资源消耗以及环境污染等因素，建立一个模糊的综合分析模型。形成决策目标框架结构与决策模型，可以对各种工艺方案进行优化。通过对不同类型工艺评价管理，根据实际状况进行调节，对组成结构进行优化。基于CAD/CAM的汽车曲轴的数控加工方式可以实现智能化的管理，有效的降低了传统工艺不足而导致的资料浪费等问题[3]。

2.1加工表面以及技术要求

在进行加工处理的曲轴型号参数为桑塔纳2000，外形轮廓复杂，在加工之前要根据实际状况进行曲轴零部件的分析处理，制定工艺计划，确定具体的设备、刀具以及切削参数信息。

在加工处理中要确定加工的表面，曲轴的动力端、轴颈以及输出端均要与外界位置进行连接，实现力度之间的传递处理。因此，在进行设计中要综合连杆、轴承连接外圆表面位置的尺寸以及形位公差的具体要求。根据6级精度进行制造处理，表面的粗糙程度要控制在0.8μm，其圆度则要≤0.005mm。

2.2曲轴数控加工工艺过程

毛坯铸造成型，粗铣轴颈左端外圆表面、精铣轴颈左端外圆表面、粗铣轴颈外圆表面、精铣轴颈外圆表面、粗铣轴颈右端外圆表面、精铣轴颈右端外圆表面、中频淬火、钻螺纹孔攻丝。

2.3加工工艺参数

在进行曲轴的外形轮廓加工处理中具有一定的复杂性，要对各个内容进行系统的分析处理，因此要根据实际状况了解其具体的工艺参数，通过工艺卡片的方式进行信息分析。

在进行汽车曲轴的三维建模处理中，要通过软件进行处理，首先进入模型绘制的环境中，在进行二维草图的灰尘处理，基于二维草图为基础，进行立体特征的创建优化，获得三维图。

2.4数控加工仿真

模拟分析其中NC操作主要就是进行程序名、几何体以及刀具等进行创建处理。在进行曲轴轴颈加工处理中程序复杂，因此在仿真中仅对一段孔的数控加工仿真进行模拟，其具体如下：

3汽车曲轴用非调质钢技术

非调质钢是通过微合金化技术、控轧控冷技术以及二次精炼技术有效的融合，在无需淬火以及回火调质处理，就可以达到质量标准的一种技术。在汽车曲轴中应用此种技术，可以有效的简化工序，减少热处理变形以及裂纹等问题，降低了废品率，有效的节省了资源，提升了材料的利用率，具有显著的环保特征，是一种绿色的钢材。在进行汽车曲轴制作生产中，非调质钢作用一种绿色节能的技术是今后发展的主要技术手段。

在進行生产中，要进行BOF转炉冶炼→LF精炼→RH真空脱气→CC大方坯连铸→连轧轧制，应当此种方式进行汽车曲轴用非调质钢生产，会产生纯净度较高的钢材。

通过钢材进行汽车曲轴的生产，其工序依次为下料、锻造、抛丸、磁粉探伤、粗加工、精加工，最终形成成品。曲轴成品在进行锻后组织结构为珠光体+铁素体，整体上组织结构分布均匀，通过理化检测以及发动机台架试验，各种参数符合要求。材料强度以及疲劳性能等各项参数均符合要求，切削加工后的成品曲轴表面结构光洁性良好。

4含稀土的新型曲轴铁基合金工艺

曲轴在恶劣的环境应用，对于整体的性能要求严格。在进行汽车曲轴绿色制造技术研究中，不同的学者先后对连续式曲轴的热处理生产、曲轴在热处理控时淬火技术、优化曲轴调质热处理生产线排烟系统、球墨铸铁曲轴铸造工艺，曲轴的热处理工艺等多种技术进行了优化研究。而随着工业化发展，发动机对于曲轴性能提出了严格的要求，现有的曲轴无法满足实际的需求，在绿色环保理念之下要对现有的工艺进行优化，了解汽车曲轴绿色制造技术。

在汽车曲轴生产中化学成分以及热处理工艺是进行性能优化的，实现绿色环保的关键因素。而应用含稀土的新型曲轴铁基合金，通过分析各项参数变化，了解其工艺特征，可以有效的实现汽车曲轴的绿色化发展。

含稀土的新型曲轴铁基合金均匀化处理时间为8h的时候，温度出现了变化，含有稀土的合金磨损体积先减小然后在逐渐的增大。冲击吸收功能也出现了变化，合金的抗冲击性能以及耐磨性能均呈现先提高然后下降的状态。在处理中对工艺进行优化，均匀化处理中，温度为940℃、均匀化时间为8h。通过此种金属进行汽车曲轴绿色制造整体性能良好，提升了资源的利用效率，降低了资源的消耗问题，有利于生态环境的保护[4]。

5结语

绿色制造是一种综合环境以及资源效率的现代化制造模式，其主要目的就是在产品的全生命周期中，降低对环境产生的污染以及影响，其资源效率相对较高。绿色化的生产可以有效的降低资源消耗，避免产生污染物质，可以使得绿色化的生产，避免对生态环境产生影响，实现经济效益以及环境效益的综合发展。

参考文献

[1] 李双艳.汽车曲轴绿色制造技术研究[D].石家庄：石家庄铁道学院，2007.

[2] 朱正德.面向绿色制造的微量润滑技术在现代汽车工业中的应用[C].中国汽车工程学会年会，2018.

[3] 周少波，万学斌.高速CBN砂轮曲轴磨床的曲轴连杆颈加工电气设计[J].科学技术创新，2019（28）：158-159.

[4] 万学斌，周少波.CBN砂轮曲轴磨床的曲轴主颈加工电气设计[J].科技视界，2019（25）：26-27.