汽车发动机曲轴制造中的机械加工技术

韩洪涛 姜立岩

摘要：随着工艺技术的不断发展，现阶段的机械加工技术已经逐渐成熟，为机械制造产业发展创造了诸多优势，同时也面临更多挑战，在这些挑战中，最为主要的就是发动机制造的质量以及发动机在后续使用过程中的安全。而在发动机所有零部件当中，曲轴制造质量至关重要，其能对发动机的运行状态产生影响。文章立足于汽车发动机曲轴制造的角度，对机械加工技术进行了一些分析。

Abstract： With the continuous development of technology， machining technology at this stage has gradually matured， creating many advantages for the development of machinery manufacturing industry， but also facing more challenges. Among these challenges， the most important is the quality of engine manufacturing and the safety of engine in the follow-up use process. Among all engine parts， the manufacturing quality of crankshaft is very important， which can affect the running state of engine. Based on the angle of automobile engine crankshaft manufacturing， this paper analyzes the machining technology.

关键词：机械加工技术;汽车发动机;曲轴制造

Key words： machining technology;automobile engine;crankshaft manufacturing

中图分类号：U472.9                                   文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）21-0105-02

0  引言

作为汽车发动机内部的重要旋转机件，曲轴在连接连杆之后，可以把承接连杆的上下运动变为循环运动，通过这种方式使发动机不断的获得动力。而机械加工技术在当前制造业当中应用颇深，特别是在现阶段电子信息技术迅猛发展的背景下，以往制造技术已经在制造业中逐渐处于劣势，这也为机械加工技术升级提供了发展空间。发动机曲轴制造中机械加工技术的应用能够大大提高汽车关键部位的安全性，使发动机的性能获得技术方面的保障，使客户的安全性和使用体验大大提高。

1  曲轴制造中机械加工技术的重要性及技术操作现状

1.1 曲轴制造中机械加工技术的重要性

每一辆汽车生产各个环节都有着很多零件，而对汽车性能造成重要影响的主要有发动机、车身以及其他电气部件，在这其中，发动机质量所产生的影响最为明显。发动机质量与汽车整体的安全性、舒適性密切相关，同时发动机的质量也会影响到汽车的相关零部件。为了避免交通事故的发生，使发动机一直保持在稳定运行的状态，就必须重视曲轴。在汽车运行过程中，曲轴经过连杆作用之后将会进一步推动活塞，使曲轴保持上下运动状态，在活塞运动到最上方时进行排气，通过这种模式来满足发动机的气体需求，保证其做功。

制造业发展的每个阶段都涉及模具的使用，模具已经应用到了各行各业，模具制造所用到的材料需要有较高的硬度，而模具本身也有着复杂性的特点。传统的制造技术无法在短时间内制造出优良的模具，而机械加工技术的使用则使模具制造变得更为简单，能够在最短时间内制造出精度和质量上乘的模具，同时也能够达到降低成本的效果。在曲轴最开始被制造出来的时就是作为模具出现的，其在汽车发动机中能够发挥助推作用，其质量对于发动机的运行起到决定性作用。曲轴的生产加工有着较高的难度，无论是结构还是型面都有着较大的复杂性，近些年来机械加工技术的使用，使曲轴的质量变得更为可靠，就现阶段而言，机械加工技术在汽车制造中不可或缺。

1.2 曲轴制造中机械加工技术操作现状

各个机械加工制造企业在生产活动中，都需要确保员工的专业性和技能水平，保证员工能够正常操作机械设备以及处理一些突发事项。不仅如此，汽车制造企业的员工，还应当对汽车发动机的所有功能都有全方面的了解，从工作原理出发才能更好的完成加工作业。特别需要重视曲轴的相关工作，但是通过对现阶段一些汽车制造企业的了解可以发现，一些中小型制造企业为了能够获得更多的经济利益，有效控制其生产成本，往往不重视曲轴制造材料的选择，这就无法保证曲轴质量;同时，在汽车制造企业当中广泛存在着工作人员综合素质不高的现象，这些员工大多没有较高的学历和较为丰富的专业知识，同时思想方面先进性不高，这对于实际加工作业而言无疑更加费时费力，更不能保证曲轴各项参数的精准程度，以上两点是现阶段汽车制造企业普遍存在且需要重点关注的问题。

2  曲轴制造中机械加工技术的应用

2.1 基于CAXA实体设计曲轴三维模型

任何机械产品都需要重点关注其设计部分，而曲轴更是如此，为了使曲轴的质量和性能得到保障，现阶段很多汽车制造企业在设计曲轴时，往往会基于CAXA实体设计曲轴三维模型。由于CAXA是一体化软件，所以其在实际运用过程中，能够对曲轴建模的所有环节进行严密的记录，同时CAXA的每一位用户都可以对模型建构进行修改，这就使曲轴设计的容错率大大提高。该技术使用的亮点部分在于，通过其设计出来的软件模型，能使后续三维模型设计有着坚实的基础。比如：在实际建模环节中，需要对曲轴自身的特点进行全方位的考量，结合对元素库中“圆柱体”的运用，加之三维球的使用来完整的构建出实体模型，此曲轴共有五部分，分别是三个主轴颈以及两个连杆轴径，表1所显示的就是此曲轴的实际尺寸。

2.2 基于ANSYS对曲轴三维有限元进行分析

在整个曲轴制造环节中，三维有限元分析可以说是重中之重，在上述阶段三维模型的基础上，利用有限元分析，能够使三维模型结构在最大程度上与实际情况相符。在建模阶段应当结合实际情况来进一步分析机械结构模态，通过导入已经建好的逆模型，然后利用ANSYS软件完成深入的分析。在此分析阶段，首先要完成对各个部分的划分，之后再对所划分的每一部分进行分析，基于此，完成整体分析。汽车发动机曲轴的各个部分在上文中已经阐述过，在这些零件部分中，起决定性作用的是连杆轴径和主轴颈，所以在此处分析阶段应重点分析这两部分，而分析方式多采用六面体单位分析，同时，对于发动机中的曲柄、后轴端的分析方法可以选用自由网格划分的方式。这些方式的利用能够大大降低工作量，并且有效提高计算的准确程度。

为了提高曲轴的可靠度，在完成上述分析获得最终曲轴有限元模型之后，则可以加以利用来完成下一阶段的震动特性的分析，分析目标为机器部件及曲轴结构，通过这种方式，能够得出这两部件的固有频率及振型，这两个参数是曲轴制造环节中必不可少的数据。在曲轴的后续使用阶段，动荷载作用会使曲轴发生周期性变化，并且出现较为强烈的共振，从而增加曲轴动应力，甚至还会影响曲轴的使用周期。从以上可以看出，曲轴模态分析必不可少，现阶段计算机技术发展迅速的背景下，此种分析已经变得较为简单。

2.3 基于CAXA软件模拟数控加工

在上述两阶段分析都完成的基础上，接下来要做的就是通过使用CAXA软件来模拟数控加工，加工上文中的数据。接着按照系统提示拾取加工对象，在对曲面方向进行改变之后，系统会进入到自动计算阶段，同时形成刀具轨迹，通过以上操作可以完成数控加工。

3  曲轴加工制造方法

3.1 加工技术的选择

曲轴加工技术在现阶段已经有了较高的可选择性，发动机种类型号的不同使曲轴的制作也有差别，这就要求相应工作人员在制作时，选择合适的加工技术。现阶段汽车制造业一般选择锻造加工和数控加工技术，而无论是那种加工方法，都会涉及到人为操作。

目前锻造技术已经较为自动化，通过对自动感应器以及精整液压机等应用已经达到了极少人工操作的效果，曲轴的制造在这种技术下更加可靠。在使用这种技术时，企业需要对设备进行采购，同时注重后期的设备维保。上文中分析的数控加工技术是当前企业运用的主流技术，这种技术较之锻造技术更为新颖，很多高校都已经开设了数控专业来培养这方面的人才，这也使我国的制造业发展有了稳固的保障。数控加工技术对数控机床的依赖性较高，在使用这种技术时，相关工作人员需要预设操作程序，之后通过设备的使用完成切割作业，这种技术制作出来的曲轴精度更高，同时也符合绝大部分的市场需求。

3.2 加工方法的优化

曲轴制造主要有以下流程，首先是采购制造所需的原材料，相应工作人员在采购时，需要着重关注材料的刚硬度，采购前后都需要对所采购的材料进行检测，确保无误之后才能开始加工。前期的基础加工阶段一般选用手工加工，这种粗加工的主要目的是对原材料进行打磨，打磨完成之后开始精加工操作，再就是钻孔、磨削、滚压和抛光等作业，作业完成之后应当测试曲轴平衡性，通过测试结果来判定曲軸质量。此种加工方法有着较为紧密的工作流程，同时工作量较大，需要工作人员有着较高的素质和较好的心态，以免因人为原因而导致质量不过关。

在这种情况之下，企业应当培养员工的综合素质，这里的综合素质指的是其专业能力、心态以及对公司章程的遵守程度，员工需要有着明确的工作目标与总结经验的能力，才能从一次次作业中创新方法。

3.3 应用案例分析

作为汽车发动机曲轴当中最为常见的一个种类，球墨铸铁材料有着自身的优势。在选择球墨铸铁材料的基础上，首先要做的是加工处理曲轴的各个零件，需要重点处理上文中提到的连杆轴径和主轴颈等部分。对这两部分进行处理时，可以选用高温熔炼的方式，能够保证作业的效率及稳定性。基本操作完成之后就可以进行加工，加工采用机械加工的方式，加之热处理以及锻造等，完成对曲轴的钻孔、磨削、滚压、抛光。

4  结语

本文中所分析的机械加工技术能够使曲轴的生产过程更加完善，这种虚拟机械加工技术的广泛应用，无论是对于汽车制造企业，还是对于汽车的使用者而言都是极大的利好，汽车曲轴的质量在这种技术之下更为可靠、性能更为强劲，从而助力汽车整体性能的有效提升。机械加工技术随着信息化技术的不断发展而不断更新，希望本文的分析能够为相关技术的使用发展提供参考。

参考文献：

[1]陈凯镔.汽车发动机曲轴机械加工技术的实际应用研究[J].时代汽车，2019（18）：127-128.

[2]肖双平，余鹏.机械加工技术在汽车发动机曲轴制造中的应用[J].山东工业技术，2017（03）：198.

[3]杨铁柱.浅谈汽车发动机曲轴制造中机械加工技术的应用[J].汽车世界，2019（13）：12-14.

[4]姜薇薇，史天舒，龙春彦.机械加工技术在汽车发动机曲轴制造中的应用[J].河南科技，2020（08）：55-57.