La historia del desarrollo de la tecnología de mecanizado de cigüeñales
Antes de la década de 1970, el método de procesamiento utilizado para el mecanizado en desbaste de los cigüeñales de los motores era girar el muñón principal del cigüeñal y el muñón de la biela en un torno multiherramienta. Este método tiene baja precisión de procesamiento, poca flexibilidad, baja estabilidad de la calidad del proceso y es propenso a grandes tensiones internas, lo que dificulta lograr un margen de procesamiento razonable. Después del mecanizado de desbaste, generalmente se requiere alivio de tensión y templado para liberar la tensión. Por lo tanto, el mecanizado en desbaste debe dejar un gran margen de mecanizado para que el proceso de acabado posterior elimine la deformación por flexión. El acabado del cigüeñal utiliza tecnología de rectificado ordinaria, generalmente utilizando la rectificadora de cigüeñal MQ8260, rectificado en bruto, rectificado semiacabado, rectificado y pulido de acabado. Por lo general, la operación manual da como resultado una calidad de procesamiento inestable y una alta tasa de desechos.
Desde la década de 1970 hasta la de 1980, se utilizaron torneado CNC y fresado externo CNC para el mecanizado de desbaste del cigüeñal, y las condiciones de procesamiento mejoraron. El acabado todavía se basa en la tecnología de molienda ordinaria.
A mediados de la década de 1980, el proceso de fresado interno CNC apareció nuevamente. El índice de rendimiento del fresado interno CNC es más alto que el del fresado externo CNC. Especialmente para los cigüeñales de acero forjado, el fresado interno es más propicio para la viruta. rotura. El proceso de acabado utiliza principalmente rectificadoras de cigüeñal semiautomáticas, y el cabezal y el contrapunto se accionan sincrónicamente, lo que mejora en cierta medida la precisión del procesamiento.
De 1985 a 1990, se desarrolló el proceso de torneado y torneado del cigüeñal. Este proceso tiene las ventajas de alta precisión y alta eficiencia. Es especialmente adecuado para el lado del contrapeso que no necesita ser. procesado y el muñón tiene hundimiento Para los cigüeñales con ranuras (incluidas las ranuras axiales contracortadas), el cigüeñal se puede rectificar finamente directamente después del procesamiento, eliminando la necesidad de un rectificado aproximado. Se ha utilizado una pequeña cantidad de tecnología de rectificado de máquinas rectificadoras CNC para el acabado del cigüeñal y se ha mejorado la consistencia dimensional.
A mediados de la década de 1990, se desarrolló el fresado externo CNC de alta velocidad para cigüeñales que deben procesarse en el lado del contrapeso, la eficiencia de producción es mayor que el torneado CNC, el fresado interno CNC. y tracción con giro de torno. Además, el proceso de torneado CNC requiere dos procesos para procesar el muñón de la biela, mientras que el fresado externo de alta velocidad CNC se puede completar en un solo proceso. Tiene las siguientes ventajas: alta velocidad de corte (hasta 350 m/min), tiempo de corte corto y proceso El tiempo del ciclo es más corto, la fuerza de corte es menor, el aumento de temperatura de la pieza de trabajo es menor, la vida útil de la herramienta es más larga, la cantidad de cambios de herramienta es menor, la precisión del mecanizado es mayor y la flexibilidad es mejor . Por lo tanto, el fresado externo de alta velocidad CNC será la dirección de desarrollo del mecanizado en desbaste del muñón principal del cigüeñal y del muñón de la biela. Para el acabado se utilizan máquinas rectificadoras CNC y dispositivos de control como husillo hidrostático, riel guía hidrostático, tornillo de alimentación hidrostático (cabezal de muela abrasiva) y control de circuito cerrado de rejilla lineal para garantizar que las tolerancias dimensionales y geométricas estén garantizadas de manera confiable. Las máquinas pulidoras de cinta abrasiva CNC también se utilizan ampliamente para el súper acabado. La rugosidad de la superficie del muñón del cigüeñal después del súper acabado mejora al menos en un nivel de precisión.
El rectificado de alta velocidad CBN se desarrolló en los años 90. La trituradora de cigüeñal producida por la empresa británica LANDIS tiene una velocidad de rectificado de hasta 120 m/s. Solo toma unos minutos completar el proceso desde el rectificado grueso hasta el fino con una sola sujeción utilizando el método de pelado. Esto conducirá a una nueva situación en la que el rectificado sustituirá a otros procesos de mecanizado en desbaste.
Tras entrar en el siglo XXI, la tecnología de procesamiento de compuestos ha entrado en la industria de fabricación de cigüeñales. Las máquinas herramienta compuestas deben tener funciones de integración de procesos y múltiples funciones de integración de procesos. El centro de mecanizado compuesto de torneado y fresado horizontal producido por la empresa austriaca WFL (la Figura 3 es el modelo M40G) puede "sujetar una vez y procesar todo" antes de endurecer el cigüeñal procesado. El cigüeñal procesado se puede transferir directamente al proceso de acabado; En el acabado del cigüeñal, también han aparecido rectificadoras CNC CBN con procesos integrados, es decir, todos los muñones principales del cigüeñal y los muñones de biela se pueden rectificar con una sola sujeción (rectificado con seguimiento de oscilaciones).
Se puede ver en la evolución anterior que la tecnología de procesamiento del cigüeñal se está desarrollando en la dirección de alta velocidad, alta eficiencia y composición. En la actualidad, el proceso de mecanizado en desbaste más popular es que el muñón principal adopta un proceso de torneado y fresado externo de alta velocidad, y el cuello de la biela adopta un fresado externo de seguimiento de alta velocidad, todos los cuales son mecanizados de acabado en seco; Se procesa mediante amoladora CNC, con alimentación automática, automática. Tiene funciones como corrección de la muela, compensación automática de tamaño y redondez, indexación automática y accionamiento electrónico sincrónico en ambos extremos. El muñón principal y el cuello de la biela se pueden sujetar y pulir al mismo tiempo; para lograr un súper acabado, se utiliza una máquina pulidora de correa CNC con un dispositivo de control de tamaño.
Introducción al rendimiento del típico equipo avanzado de mecanizado de cigüeñal Fresado externo de seguimiento de alta velocidad CNC: Se presenta el rendimiento de una fresadora externa de seguimiento de alta velocidad modelo VDF315OM-4. Esta máquina herramienta es una fresadora CNC flexible especialmente diseñada y fabricada por la empresa alemana BOEHRINGER para cigüeñales de motores de automóviles. Este equipo aplica tecnología de control de servo varillaje de alimentación de fresa y rotación de piezas de trabajo, y se puede sujetar al mismo tiempo sin cambiar el centro de rotación del cigüeñal. Puede seguir la conexión del muñón del cigüeñal fresado. Adopta una base de estructura de material compuesto integrada y es impulsada por rotación electrónica sincrónica en ambos extremos de la pieza de trabajo. Tiene las características de corte en seco, alta precisión de mecanizado y alta eficiencia de corte. Utilizando el sistema de control SIEMENS840DCNC, las instrucciones de funcionamiento del equipo. Se muestra en la interfaz hombre-máquina ingresando la información básica de la pieza. El programa de procesamiento se puede generar automáticamente en función de los parámetros, y se pueden procesar varios cigüeñales con una longitud de 450 a 700 mm y un diámetro de rotación de 380 mm. El error del muñón de la biela es de ±0,02 mm.
Máquina herramienta de torneado CNC: este equipo puede completar todo el torneado de círculos concéntricos en una sola configuración y el procesamiento completo de torneado (cara del extremo del automóvil) en la misma máquina herramienta, con una alta eficiencia de procesamiento. El uso de mandriles y sistemas de herramientas especiales también puede lograr un procesamiento flexible, y el mantenimiento de la máquina herramienta es simple y el costo de mantenimiento es bajo. Es especialmente adecuado para cigüeñales que no necesitan procesarse en el lado del contrapeso y tienen socavados. ranuras en el diario. Entre ellos, el proceso de brochado se puede reemplazar por el eficiente proceso de torneado con herramienta de peine (Figura 5). El procesamiento con herramienta de peine generalmente se coloca en el último paso del proceso, y el acabado de alta velocidad se logra mediante avance radial y torneado longitudinal. .
Máquina para tornear y laminar la superficie de empuje del cigüeñal: Este equipo se utiliza para terminar de girar y laminar la superficie de empuje del cigüeñal, y tiene las siguientes características técnicas: laminación y pulido de la superficie de empuje y medición en línea, pulido con laminación en lugar de rectificado. El procesamiento y el torneado se pueden realizar al mismo tiempo. Se instala un dispositivo de pulido rodante en el cabezal del cortador para obtener una mayor precisión. Actualmente, entre los equipos con mejores prestaciones se encuentra la laminadora de superficies de empuje del cigüeñal de la empresa alemana HEGENSCHEID.
Rectificadora de cigüeñal CNC: tome como ejemplo la rectificadora de la serie Swing Tracking de Erwin Junker Machine Manufacturing Co., Ltd. (JUNKER) en Alemania. Este equipo utiliza una muela abrasiva CBN para mecanizado de alta velocidad y una rectificadora de cigüeñal CNC. Cigüeñal refrigerado por aceite. La combinación es adecuada para procesar cigüeñales de motores de automóviles con calidad confiable. Las funciones principales son: detectar y corregir la redondez y el tamaño del muñón durante el proceso de mecanizado; un sistema de control con una "función de aprendizaje", compensación automática adicional para la desviación de la redondez y la cantidad de interferencia que se puede compensar es: temperatura, mecánica. y las influencias de potencia, los cambios en el margen de rectificado, los cambios en los materiales y las estructuras metalográficas, la maquinabilidad de la muela abrasiva y el estado de desgaste de la máquina herramienta se sujetan al mismo tiempo y la desviación teórica; es cero; rectificado por inmersión y rectificado por oscilación; para soportar "piezas de trabajo sensibles", se utiliza una luneta de tres puntos de centrado automático en el husillo. El suministro de refrigerante controlado por CNC garantiza el uso a largo plazo del área de rectificado; Rieles guía tipo, sin fenómeno de arrastre, que garantizan una alta precisión duradera (riel guía del eje X, tornillo de alimentación, cojinete de empuje y bancada de la máquina antitorsión, fundido a partir de materiales sintéticos minerales, tiene buena absorción de impactos y Función de resistencia a la flexión; el husillo de rectificado es adecuado para rectificar hasta 140 m/s.
Del equipo avanzado presentado anteriormente, podemos ver una cosa en común, que es alta velocidad, alta eficiencia y flexibilidad, que es adecuada para la tendencia de desarrollo actual de múltiples variedades y pequeños lotes de productos. Dado que el mecanizado del cigüeñal es diferente del mecanizado ordinario, se deben utilizar herramientas especiales para muchos procesos, como el fresado interno, el torneado y el fresado externo de alta velocidad presentados anteriormente. Se utilizan todas las herramientas especiales. Los cuerpos de herramientas de estas herramientas son complejos. Fabricación y el precio también es relativamente caro. Si la variante del producto implica un cambio en la estructura del cigüeñal, se debe utilizar un nuevo cuerpo cortador para procesar el cigüeñal, lo que afectará el ciclo de desarrollo del producto y los costos de fabricación, lo que en última instancia conducirá a una falta de competitividad del producto. Ahora Walter y otros fabricantes de herramientas han desarrollado herramientas especiales flexibles para la fabricación de cigüeñales: herramientas modulares. El ciclo de desarrollo del producto se acorta enormemente y se reducen los costes de fabricación.
Discusión sobre el plan de línea de producción flexible y ágil de cigüeñales (AFTL) Actualmente, las líneas de producción de cigüeñales de automóviles nacionales son en su mayoría líneas de producción flexibles de alta velocidad FTL (FlexibleTransferLine). Solo procesar cigüeñales de la misma serie, pero también procesar productos variantes, productos de reemplazo y productos nuevos, realmente tiene el significado de flexibilidad. Para mejorar aún más la eficiencia de producción de las líneas de producción flexibles de alta velocidad y adaptarse más rápidamente al mercado, el siguiente paso en el desarrollo de FTL es la línea de producción ágil y flexible AFTL (Agile Flexible Transfer Line). Su objetivo principal es:
Satisfacer las necesidades cambiantes del mercado. No sólo satisfacer los requisitos de los productos actuales, sino también considerar las necesidades futuras del mercado.
Satisfacer las necesidades de los métodos de producción. Puede satisfacer las necesidades de producción de motores modernos de "múltiples variedades, lotes grandes y medianos, alta eficiencia y bajo costo".
En línea con los principios de "producción ajustada". Acabar con el despilfarro y buscar beneficios con la mínima inversión y el máximo retorno.
Debido a la estructura única del cigüeñal del motor, el autor cree que el cigüeñal AFTL debe tener las siguientes características: Está compuesto por un centro de mecanizado de alta velocidad y máquinas herramienta especiales eficientes (incluida una pequeña número de máquinas herramienta combinadas). Las máquinas herramienta están dispuestas según el flujo del proceso y conectadas mediante dispositivos de transporte automáticos, y se fabrican mediante dispositivos flexibles y herramientas especiales eficientes. Para evitar que toda la línea de producción se detenga debido a fallas del equipo en procesos clave, se pueden agregar equipos paralelos adicionales para satisfacer las necesidades de la producción en masa. El siguiente es el flujo del proceso (solo la parte de procesamiento de metal):
Fresar la cara del extremo, determinar la longitud total, perforar el orificio central de masa, girar los extremos grande y pequeño en forma cilíndrica → fresar el muñón principal y Hombro → fresado del cuello y el hombro de la biela → Giro del muñón principal y la ranura avellanada → Giro del cuello de la biela y la ranura avellanada → Perforación con pistola del orificio de aceite → Limpieza → Laminación de filetes → Perforación y roscado de bridas → Rectificado de precisión del muñón principal (CBN ) → Rectificado de precisión del cuello de la biela (CBN) → Corte en bisel y rectificado del extremo pequeño → Corte en bisel y rectificado del extremo de la brida → giro de la superficie de empuje rodante y fresado del chavetero → equilibrio dinámico → pulido con correa abrasiva del husillo, biela y diámetro exterior de la brida → limpieza, enfriamiento → detección y clasificación.
A continuación se analizan varios aspectos relacionados con el flujo del proceso mencionado anteriormente: Selección del orificio central de masa del cigüeñal y del orificio central geométrico.
La calidad de la pieza en bruto es buena, el margen de mecanizado es pequeño y el margen de mecanizado está distribuido uniformemente.
En este momento, el orificio central de masa del cigüeñal básicamente coincide con el orificio central geométrico, por lo que no hay necesidad de gastar una gran cantidad de dinero para comprar equipo de centrado de masa y perforar directamente el orificio central geométrico. ,li>La calidad de la pieza en bruto es mala, el margen de mecanizado es grande y el margen de mecanizado está distribuido de manera desigual, por lo que se debe dar prioridad al orificio central de calidad. Debido al gran desequilibrio inicial, si se perfora un orificio central geométrico, la distribución de masa será desigual y el momento de inercia será grande, lo que dañará la precisión del equipo de procesamiento posterior. Además, cuando el orificio central geométrico se utiliza para el equilibrio dinámico, el desequilibrio inicial puede exceder los requisitos de la máquina equilibradora y no puede equilibrarse. En este caso se deberían preferir las máquinas de centrado de masas.
Principios para la selección racional de máquinas herramienta de desbaste de cigüeñales La importancia de los equipos avanzados de procesamiento de metales en la fabricación de cigüeñales es indudable, ya que pueden garantizar de manera confiable la precisión y consistencia dimensional, adaptarse a los requisitos del ritmo de producción y mejorar. el nivel general de artesanía. Sin embargo, no podemos adoptar el enfoque de "utilizarlo todo", y eso no significa que cuanto más avanzado sea el equipo, mejor debe cumplir con los tres principios siguientes: 1) Se ajusta al principio de artesanía y, Combinado con la estructura del producto, puede cumplir con los requisitos de precisión y consistencia dimensional. 2) De acuerdo con el principio de economía, la forma de licitación se utiliza para reducir costos. 3) Cumplir con los principios de gestión y mantenimiento de los equipos, inspeccionar la calidad del servicio postventa del fabricante del equipo y si se pueden comprar piezas de desgaste del equipo en cualquier momento, etc.
Combinación razonable Las empresas nacionales de fabricación de cigüeñales tienen algunos malentendidos sobre la introducción de equipos, por ejemplo, creen que cuanto más avanzado y caro sea el equipo, mejor. De hecho, si se utilizan incorrectamente, los equipos avanzados no desempeñarán la función que les corresponde y provocarán residuos. A continuación se toma como ejemplo la combinación razonable de fresado externo CNC de alta velocidad, fresado interno CNC y torneado-torneado CNC.
El lado del bloque de equilibrio del cigüeñal debe procesarse primero con fresado interno CNC o fresado externo de alta velocidad CNC para el procesamiento del muñón principal. procesamiento del cuello de la biela. Si la pieza en bruto es una pieza en bruto de acero forjado, el fresado interno CNC es más propicio para la rotura de la viruta. No es aconsejable utilizar torneado CNC. Dado que el lado del contrapeso gira intermitentemente y la velocidad del cigüeñal es muy alta (alrededor de 1000 r/m), el fenómeno de colapso de la herramienta es grave.
No es necesario procesar el lado del bloque de equilibrio del cigüeñal. Es más razonable utilizar un torno CNC y un torno para el procesamiento del muñón principal, y la precisión del procesamiento es alta. Dado que el eje del muñón de la biela no está en la misma línea central, como en un cigüeñal de seis vueltas, existen algunos problemas en el mecanizado de torno, por lo que el fresado externo CNC de alta velocidad es más razonable.
Para cigüeñales con ranuras recortadas en el muñón, el torneado y torneado CNC muestra su superioridad. Si hay ranuras rebajadas en la dirección axial, el fresado externo CNC de alta velocidad y el fresado interno CNC no pueden procesarlas, mientras se gira. -El coche se puede tramitar.
El equipo anterior debe utilizar cabezales de corte duales independientes, sistemas de herramientas modulares, etc. para lograr un procesamiento flexible.
Reforzamiento por rodadura del filete del cigüeñal El refuerzo por rodadura del filete del cigüeñal tiene como objetivo principal mejorar la resistencia a la fatiga del cigüeñal. Según datos estadísticos, la vida útil de un cigüeñal de hierro dúctil se puede aumentar entre un 120 y un 230 % después del laminado en filete; la vida útil de un cigüeñal de acero forjado se puede aumentar entre un 70 y un 130 % después del laminado en filete. Por lo tanto, este método de refuerzo es muy valorado por varios fabricantes de cigüeñales. En la actualidad, casi todos los cigüeñales de automóviles extranjeros adoptan el proceso de refuerzo por rodadura. Al utilizar este equipo, se debe prestar atención a la flexibilidad para adaptarse al procesamiento de diferentes productos.
El pulido con correa abrasiva del cigüeñal utiliza el pulido con correa abrasiva para pulir el muñón principal, el cuello de la biela, la brida, el filete y la superficie de empuje al mismo tiempo. El filete y la superficie de empuje se pulen mediante el movimiento axial del cigüeñal. . La rugosidad de la superficie después del pulido mejora al menos en un nivel de precisión. Para procesar cigüeñales de diversas variedades y modificaciones, se puede utilizar un cabezal de pulido independiente para procesar en múltiples pasos para lograr flexibilidad.
Limpieza del cigüeñal: el cigüeñal generalmente se limpia dos veces. La primera limpieza se realiza después de perforar el orificio de aceite con una pistola para eliminar las limaduras de hierro en el orificio de aceite y el aceite lubricante en la superficie del cigüeñal. para proporcionar agua limpia para el siguiente proceso. La segunda limpieza se realiza después del pulido de la correa abrasiva y se utiliza una máquina de limpieza especial de punto fijo para limpiar los orificios de aceite, los orificios de los tornillos de las bridas, etc. con una boquilla especial.
Para el proceso de acabado del cigüeñal, los procesos de rectificado del muñón principal y del cuello de la biela deben utilizar una muela abrasiva simple o una muela abrasiva doble independiente CBN CNC. No es fácil usar una amoladora multi-. Amoladora integrada con muela abrasiva. Aunque es eficiente, no se puede adaptar a múltiples variedades de flexibilidad.