曲轴机加工过程中动平衡常见问题研究

曲轴机加工过程中动平衡常见问题研究

娄明亮，伍箴辉

上汽通用汽车有限公司武汉分公司，湖北省武汉市，430208

摘要：EA113汽油机曲轴在加工毛坯及刀具的国产化中遇到了一定程度的动平衡问题，这种现象是由于终平衡工序的工件2次平衡率高，终平衡工序加工节拍长，严重时甚至会造成大量的工件无法自动终平衡。通过对影响零件不平度测量的多种因素进行了系统的分析、定量评估和处理，最终实现了EA113汽油机曲轴的最终平衡加工。

关键词：曲轴机；加工过程；动平衡；常见问题

曲轴2端部的中孔位置是影响其加工精度的重要因素。在使用几何中心孔的加工过程中，二端中心孔的位置取决于曲轴的几何尺寸和几何误差，最终平衡工工序会反映出最终平衡加工工序，通过终平衡工序统计出来的不平衡量及偏差角度，反馈、调整前道工序钻几何中心孔的加工位置。

一、曲轴动平衡的概述

在曲轴机加工工艺中，首先要钻好质量中心孔或几何中心孔，然后以2个中心孔作为主要的定位基准，完成曲轴的毛坯和精磨，然后在曲轴平衡块上钻孔，以确保曲轴机加工动平衡的设备、毛坯、刀具、工艺因素进行了系统分析，并提出了针对性的具体解决方法[1]。通过采取相应的改进措施，解决了EA113汽油机曲轴在国产化过程中出现的机床动平衡问题，对确保EA113汽油机曲轴的加工质量、提高生产效率具有重要意义。

二、曲轴机加工过程中动平衡常见问题

（一）几何中心和质量中心的偏移

若工件的旋转几何中心与旋转质量中心的偏差较小，则中心孔在加工中心孔后的位置会更正，后道工序的切削裕度也会更均匀；相反，中间孔的位置较偏移，加工后加工时的加工余量不均匀，很可能导致刀具的非正常损失。

（二）质量中心孔专机标定

在进行专用设备的校正之前，必须对其进行校正，否则，其不平衡量会传导到被加工的工件，从而导致最终平衡过程的不平衡量增加。在正式制造之前，质量中心孔机要对其灵敏度、背景振动量、不平衡量精度、重现性等进行评估。在设备调试和检修后，设备要按照校准规程进行校准，在校准评估通过后方可进行正常的加工，否则将不能保证工件的中心孔的正确性，从而导致最终的平衡过程因工件的不平道量过大而无法加工。

（三）中心钻刀柄不平衡

质量中心孔专用机床2端加工用的中心钻刀柄通常设置在平衡架上，它会随着工件转动而进行不平衡量和重心定位的调节。因此，刀具的刀柄误差也会对加工中心孔的定位误差产生一定的影响，在更换新的刀具时需要对新的刀具进行不平度评定。将几何中心孔和质量中心孔两种不同类型的曲轴中心孔的加工过程进行了对比，以确保后道加工时的曲轴不平整，几何中心孔对毛坯旋转质量中心和几何中心的重复度要求较高，并且要求不同批次的毛坯质量中心一致性要好，几何中心孔的优势是加工节拍较快。质量中心孔法可以补偿工件的质量中心和几何中心不一致的缺陷，但是由于生产周期长，在粗加工过程中会产生不均匀的切削。

三、曲轴机加工过程中动平衡问题的解决措施

（一）几何中心和质量中心偏差改进

为了使机架自身保持平衡，在进行常规加工之前，必须对专用机架进行校零。只要车架自身的不平度在机床容许的范围之内，就可以确保加工工艺的稳定性和产品的质量。具体的工作方法是：将机器的槽口设置在专用的槽中，把机器中的零件排出，然后用手工夹持钳子，转动机架，进行转动，测量不均匀度，在操作台上就能获得目前的车架的不平衡量值；通过不平衡量值，可以调整重量的重量，如V1,H1,V2,H2。重新开始转动机架直到不均衡值＜0.1为止[2]。

动平衡测量精度校准：校准1在进行动平衡精度校准时将固定的偏心垫片置于测量棒和支腿之间，通过平衡转动来测量。机床按照预先编制好的程序，对实测数据进行运算，并与实测偏差进行比较，从而实现动平衡的精度评估。校准通过或不通过，仪器会自动显示，只有通过校准后方可进行下一步操作，否则应立即进行调试，反复以上操作，直到仪器评定标准1通过为止。动平衡测量的可重复性校准：校准2在对动平衡进行精确定值评定后，必须对其进行重复性评定。这是一种校准，以确保机床的正常加工稳定性。与校准1相似，对动平衡的重复性校准也有专用的自动评估方法，只有通过了评估，方可使其正常生产。

每一次对机架等动平衡零件进行修理或调试后，都要对其进行校准和标定，每一次校准和标定都要严格遵守《机架平衡校正-校正1-校正2》的工作程序，不得遗漏或不按程序进行。一般情况下，推荐一周进行一次校正和校验，一天一次校正，以确保设备的工作状态。质量中心孔仪的动平衡测量的校验与校验，是为了评估仪器的精度与稳定性。在校准和标定之前，对平衡测量框的清光是很重要的：在正常的制造中，也要经常清洗机架，以确保在机架上方不会有残余的碎屑。

（二）质量中心孔专机校准

在曲轴质量中心孔专用机床的制造中发现，由于中心钻的刀柄是随着动平衡架和工件的——而被测到的，如果刀柄自身存在不均匀性，将会对工件的中心孔位置产生影响，这一点在国内钻头刀柄的国产化以后尤其显著。钻头刀柄失衡的原因有：旋转罩壳和刀柄心轴，而旋转罩壳的不平整是影响钻头刀柄的主要原因。所以，对刀柄进行人工减重，是指在动平衡机上测量出刀柄的不均匀度和不平衡角，然后在旋转式刀柄上钻一钻。对所用的中心孔钻头的刀柄进行不平整的测量，并按测量的结果进行重新计量。通过反复试验与验证，得到了最佳、切实可行的质量中心孔专用机械刀柄人工减重及测量工序。

（三）中心钻刀柄不平衡的校准

为保证后处理的质量，保证曲轴最终平衡的加工效率，最理想的状态是曲轴的中心孔与质量中心孔的形状基本相同，但目前国内大部分的曲轴毛坯供应商都面临着一个很大的问题。为了适应提高曲轴机的加工质量和效率，必须不断地优化和改善毛环的动平衡性能。EAl13曲轴国产2 VQS型钢坯在改进之前的动平衡性能较差，质量中心偏差较大，最终平衡机1次平衡率低，钻出的平衡孔较深，造成了加工时间长，刀具耐用性下降。因为2 VQS在改善毛坯之前的最终平衡过程的不平衡量超过了此工艺的正常去重能力，为保持生产，前道质量中心孔加工过程需要进行大量动平衡调节值的补偿)，这样可以减少最终平衡过程的卸重，但是会使粗加工过程的切削不均匀，从而造成刀具的异常损耗。根据2VQ5毛坯的动平衡情况，发现2VQ5毛坯在195度方向上的不平衡量为400 g* cm，在300度方向上为240 g/cm。在此基础上，利用 CAD模拟计算对2 VQS铸件进行了优化，并对其进行了试制。通过多次的改进，对7#和8#两个平衡块的外径增大2mm(R70→R72)，其重量增加55-60g，实测值 R71.3；(2)2#平衡块的上半宽度减小2mm(58.5~56.5)，而下半宽度增大2mm(58.5~60.5)，但整体宽度不变；(3)3#平衡块的上半宽度减小2mm(58.5~56.5)，而下半宽度增大2mm(58.5~60.5)，但整体的宽度没有变化。

结束语：

影响曲轴最终平测量的因素很多，因此提高曲轴的终平衡一次平衡率和减小终平衡时的孔洞深度是一个系统的问题，包括设备、毛坯、刀具、工艺等方面的问题，科学合理地判断和分析各种不良因素，并采取相应的对策，可以极大地改善加工质量和生产率。针对EA113汽油机发动机曲轴机的加工动平衡问题进行了系统的研究和解决，EAl13发动机曲轴最终平衡加工1次平衡的比例由65%提高到了90%，最终平衡工序的加工节拍从原来的83 s提高至现在的75 s。

参考文献：

[1]李慧玲.曲轴机加工过程中动平衡常见问题案例解析[J].时代汽车,2020(05):97-99.

[2]谈德世.一种新的曲轴动平衡机[J].华中理工大学学报,1995(03):39-42.

作者简介：

娄明亮，（1982.05-）男，山东诸城人，本科，上汽通用汽车有限公司武汉分公司机加工工艺经理；研究方向：热处理、曲轴、感应器