鍛鋼曲軸毛坯動平衡解決方案（上）

文/岳鎮(zhèn)，王洪興，蔡宏偉?一汽鍛造（吉林）有限公司

鍛鋼曲軸毛坯動平衡解決方案（上）

文/岳鎮(zhèn)，王洪興，蔡宏偉?一汽鍛造（吉林）有限公司

岳鎮(zhèn)，技術(shù)質(zhì)保部技術(shù)主管，工程師，從事前軸、活塞、曲軸等產(chǎn)品的鍛造工藝研究以及曲軸自動化生產(chǎn)技術(shù)研究，曾先后主持完成MAN前軸、DANA前軸、CA6DM3活塞、EA888 GEN3曲軸等重點產(chǎn)品的鍛造工藝開發(fā)工作。

國產(chǎn)EA888 GEN3發(fā)動機2016年裝機90萬臺量，主要搭載奧迪A6、A4、A3、Q5、Q3，大眾邁騰、帕薩特、CC、高爾夫等中高端車型。其按照排量不同分為1.8T、2.0T；按照發(fā)動機安裝位置不同分為MLB、MQB，如圖1、圖2所示。

圖1 MLB 2.0T

圖2 MQB 1.8T

一汽鍛造曲軸自動線主機為韓國JAEWOO制造的4000t熱模鍛壓力機（圖3），上、下料采用機器人，各工位間采用6軸步進梁傳遞。

圖3 4000t熱模鍛壓機

圖4 EA888 GEN3 1.8T

圖5 EA888 GEN3 2.0T

EA888 GEN3曲軸有1.8T（圖4）、2.0T（圖5）兩種產(chǎn)品，本文將以1.8T曲軸為例（下文均以1.8T代替），介紹鍛鋼乘用車曲軸毛坯的動平衡原理及具體解決方案。

動平衡定義

動平衡問題是鍛鋼曲軸開發(fā)的最大難點，90%以上鍛鋼曲軸外廢原因是動平衡超差。

曲軸的動平衡是指其繞固定軸回轉(zhuǎn)時所達到的慣性力平衡。如果曲軸不平衡，其繞固定軸回轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩將使發(fā)動機發(fā)生振動，造成發(fā)動機可靠性下降，甚至會危及人身安全。圖6為動平衡力學模型。

圖6 動平衡力學模型

問題描述

以表1不同數(shù)據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果及圖7不平衡分布圖為例，PVS階段，1.8T毛坯平均不平衡量超過300gcm，動平衡一序費時長，刀具磨損快，外廢率高，引起客戶抱怨。

圖7 1.8T PVS初始不平衡量分布（單位：gcm）

原因分析及解決方案

以邏輯圖（圖8）方法分析影響鍛鋼曲軸動平衡的因素，查找真因，不考慮錯差、直線度等常規(guī)參數(shù)，并逐一給出解決方案。

變形

將1.8T毛坯進行掃描后，提取點云與數(shù)模進行對比，結(jié)果如表1所示：

由圖9可見，毛坯相比數(shù)模產(chǎn)生了多處變形。變形量在0.5mm以上的區(qū)域占總體積的63.52%；變形量在2mm以上的區(qū)域主要集中在平衡塊等結(jié)構(gòu)薄弱位置；最大變形量超過4.5mm，出現(xiàn)在W8小凸臺位置。

表1 1.8T PVS初始不平衡量統(tǒng)計

圖8 影響動平衡因素邏輯圖分析

圖9 EA888 GEN3 1.8T與數(shù)模對比

曲軸的產(chǎn)品設(shè)計理論上是絕對平衡的，由于毛坯在生產(chǎn)過程中發(fā)生了變形導致其質(zhì)量中心偏離了幾何中心，從而產(chǎn)生了不平衡量。

⑴切邊變形。

鍛鋼曲軸自動線切邊模基本都采用圖10所示復合模結(jié)構(gòu)。熱鍛件由下沖頭定位，上沖頭在液壓系統(tǒng)作用下壓緊鍛件，凹模自上而下完成切邊過程，這種切邊方式俗稱抱切。

曲軸變形類型分為劈叉變形、鐓粗變形、扭轉(zhuǎn)變形，如圖11所示。

抱切工藝與傳統(tǒng)切校聯(lián)合工藝相比存在以下3點不足：

⑴定位精度、穩(wěn)定性差。

圖10 復合模結(jié)構(gòu)簡圖

圖11 曲軸常見切邊變形

⑵切邊變形量大。

⑶限制切邊變形功能弱。

針對以上不足，目前普遍做法是在抱切之后增加一道熱校正工序。

《鍛鋼曲軸毛坯動平衡解決方案（下）》見《鍛造與沖壓》2017年第11期