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汽车发动机曲轴制造中机械加工技术的应用
王恒帅 2023/3/26 14:34:19
（泰山科技学院 山东泰安 271002）
作者简介：王恒帅，1990.09，男，工学硕士，工程师，主要从事机械类专业的教学及教学研究工作。
摘要：汽车制造是我国实体经济重要组成部分，对于我国社会有序发展具有重要意义，已经成为社会关注的重点话题。本文整理常见的几类机械加工技术，从铸造与技术、工艺与流程两个方面，详细分析汽车发动机曲轴制造中机械加工技术的应用，并以某汽车生产企业为例，分析机械加工技术的应用案例，旨在为更多汽车制造企业提供技术帮助，推动我国汽车制造领域可持续发展。
关键词：发动机曲轴；机械加工技术；技术应用
前言：根据国家统计局（https://data.stats.gov.cn）数据统计，2021年我国汽车产量为2652.8万辆，同比增长4.8%。在各个省会城市逐渐建设资源集中城市群的当下，汽车市场会进一步拓展，有必要对汽车制造的各个方面制造质量展开深入研究。
1汽车发动机曲轴制造中机械加工技术的常见类型
在当前汽车发动机曲轴制造中，常使用以下几类机械加工技术。
1.1基于CAXA实体设计软件设计曲轴三维模型
发动机曲轴性质为机械产品，其设计质量将会决定后续投入使用效果，这也是许多汽车制造企业重点研究内容。CAXA实体设计软件是一款以CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）为基础的三维设计软件，用这种软件设计发动机曲轴的三维模型，不仅保障曲轴的设计质量，也能让其使用性能得到有效提升。而且，CAXA实体设计软件是一个具有一体化特性的设计软件，在进行曲轴三维模型设计时，可以全程记录构建模型的各个环节，使用者可以根据发动机的功能需求，对某个环节进行数据修改、内容优化，其他环节也会跟随数据变化进行数据的自动更新[1]。在进行设计研究时，使用者也可以通过三维模型，将自己的设计理念合理传递给其他参与设计的人员，明确讨论内容，优化曲轴设计质量。而且，CAXA实体设计软件也可以为汽车制造企业未来设计其他类型的发动机曲轴模型提供可参考对象。例如在构建曲轴三维模型时，需要在曲轴使用需求基础上，调用元素库的圆柱体工具，结合三维球，完成三维模型的设计工作。以最简单的发动机曲轴为例，其结构设计两个35mm的连杆轴径，以及三个35mm、一个30mm主轴颈，要求曲轴总长度为380mm。如169GPa弹性模量、420MPa屈服极限等参数，也可以通过CAXA实体设计软件进行添加、调整。
1.2基于ANSYS软件分析曲轴三维有限元
曲轴三维有限元的分析质量，是发动机曲轴制造的重点关注内容。而在获得CAXA实体设计软件设计的曲轴三维模型后，经过有限元分析，就能让三维模型得到进一步优化，各个细节都可以贴近曲轴实体。在参考曲轴实体，构建三维模型时，需要以发动机实际应用情况为主，详细分析曲轴在运动状态下，各个结构情况后，将已经构建的逆模型数据导入ANSYS软件中，对曲轴三维有限元做深入分析。需要注意，在进行分析作业时，需要先将三维模型合理划分成若干区域，在不同区域内做详细分析。完成各个区域的分析工作后，再着手对整个三维模型做整体分析。对于发动机曲轴，涉及连杆轴径、曲柄、主轴颈、后轴端等多个组成部分，而连杆轴径与主轴颈则是曲轴的核心内容，在分析时要额外注意这两个部分。可以使用上下左右前后的六面体分析模式，降低三维模型分析难度。对于曲柄与后轴端，则建议通过自由网格划分模式，做细致分析，从而提升ANSYS软件的计算精度。而在使用ANSYS软件获得曲轴的有限元模型后，则要在有限元模型基础上，对曲轴的振动特性做进一步分析。分析对象则要放在机器部件与曲轴结构上，确保曲轴在制造期间，拥有符合使用标准的频率与振型。在具体应用中，曲轴也会受到动载荷影响，产生周期性变化，严重者可能会出现强烈共振，造成曲轴获得更大的动应力。长期出现这种使用条件，曲轴会产生疲劳损坏，影响其使用寿命。可以通过Lanczos算法，获得曲轴在固有频率下的模态振型图，实现曲轴的动力分析[2]。
1.3基于CAXA制造工程师的模拟数控加工
发动机曲轴在完成三维建模与模态分析后，还需要使用CAXA制造工程师软件，做相应的模拟数控加工处理。整理1.1、1.2章节获得的曲轴三维模型数据，通过进行加工处理，获得相应的加工参数表，并输入CAXA制造工程师软件。技术人员会根据系统提示信息，对加工对象进行调整，在确认待加工的曲面方向后，软件系统会做自动计算，在屏幕上生成加工刀具的模拟轨迹，从而达到精准数控加工的效果。以某曲轴模具的加工仿真作业为例，通过CAXA制造工程师软件做模拟数控加工。技术人员使用3（未完，下一页）
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