Für BMW sind Automobile kein Unbekannter. Der Ruhm der BMW-Automobile ist untrennbar mit ihrem „Herzstück“ verbunden – der Fertigungsstärke ihrer Motoren. Heute haben wir eine Reihe von Konstruktionszeichnungen des BMW-Motors gefunden und auch eine detaillierte Erklärung der Motorverarbeitungstechnologie gegeben. Würden Sie als Experten für Zerspanungstechnologie den Bau eines solchen Geräts in Betracht ziehen?
Werfen wir zunächst einen Blick auf einen vollständigen Abschnitt des chinesischen BMW-Werks – den gesamten Herstellungs- und Montageprozess des Motorblocks:
▲Echte Aufnahme der Zylinderproduktionslinie
Aus dem Video und der historischen Erfahrung können wir die folgenden wichtigen Punkte zusammenfassen, um die Genauigkeit des komplexen Produktionsprozesses des Zylinders sicherzustellen: Verwendung eines Bearbeitungszentrums mit automatischer Kompensationsfunktion und Verwendung spezieller Vorrichtungen zum einmaligen Positionieren und Spannen, Auswahl von Schlüsselprozesswerkzeuge, Optimierung der CNC- und Honmaschinenprogramme des Bearbeitungszentrums, Sicherstellung von Produktionsbedingungen mit konstanter Temperatur und Luftfeuchtigkeit usw. Schauen wir uns unten ein Beispiel genauer an.
eins
Beispiel: Anforderungen an die Dimensionseigenschaften von Zylindern
Die folgende Abbildung ist ein schematisches Diagramm der endgültigen Produktabmessungen eines Motors, einschließlich der Endabmessungen der Zylinderblockoberfläche, der Zylinderbohrung und der Kurbelwellenbohrung. Die relevanten Anforderungen lauten wie folgt:
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▲Schematische Darstellung der Endproduktgröße des Motors 1
Abmessungen der oberen Fläche des Zylinderblocks: Die Maßtoleranz des Abstands von der oberen Fläche des Zylinderblocks zum Kurbelwellenloch beträgt {{0}}.08 mm, die Rauheit des Die Oberseite beträgt Rmax12,5 μm, die Parallelität der Oberseite zum Kurbelwellenloch beträgt 0,05 mm und die Ebenheit der Oberseite beträgt 0,05 mm.
Zylinderbohrungsgröße: Die Toleranz des Zylinderbohrungsdurchmessers beträgt {{0}}~0.015 mm, die Anforderung an die Vertikalität der Zylinderbohrung zur Kurbelwellenbohrung beträgt 0.05 mm/150 mm, die Genauigkeit der Zylinderbohrungsbearbeitungsposition beträgt 0,2 mm im Durchmesser, die Anforderung an die Zylinderbohrungsgenauigkeit beträgt 0,01 mm, die Zylinderbohrungslochrauheit beträgt Rz2~5μm.
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▲Schematische Darstellung der Endproduktabmessungen des Motors 2
Zylinderkurbelwellenlochgröße: Die Rauheit des Kurbelwellenlochs beträgt Rz10 μm, die Durchmessertoleranz beträgt 0~0.018 mm, die Genauigkeit der Kurbelwellenlochposition erfordert einen Durchmesser von 0,2 mm, eine Rundheit von 0,005 mm und eine Zylindrizität von 0,005 mm. Das Kurbelwellenloch ist Nr. 2. Die Koaxialität des 3. und 4. Gangs beträgt 0,008 mm.
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Verschiedene Prozesssteuerungen für die Oberflächenveredelung
1. Die Klemmung und Positionierung des Zylinderkörpers erfolgt gemäß den Produktzeichnungen. Da der Bezugspunkt der Zeichnungsgröße die Bodenfläche und die beiden Positionierungsstiftlöcher auf der Bodenfläche sind und dieser Bezugstyp im vorherigen Prozess verarbeitet wurde, ist der Positionierungsbezugspunkt für die Bearbeitung der Oberseite des Zylinders die Bodenfläche und die zwei Löcher für Fixierstifte auf der Unterseite. Dadurch wird das durch die Datumsumwandlung verursachte Problem beseitigt. Genauigkeitsfehler.
2. Aufgrund der großen Raumgröße des Zylinders wackelt der Zylinder leicht, wenn die Klemmung während der Verarbeitung nicht fest sitzt, was die Verarbeitungsgenauigkeit erheblich beeinträchtigt. Daher ist es notwendig, mehrere selbstsichernde Hilfsstützpunkte und Spannpunkte an der Vorrichtung zu konstruieren. Diese sollten sicherstellen, dass die Spannkraft des Zylinders gleichmäßig ist und verhindern, dass ungleichmäßige Spannkräfte und Spannungsabbau nach der Bearbeitung die Ebenheit des Zylinders beeinträchtigen Zylinder.
3. Das Bearbeitungszentrum verfügt über eine 3-Punkt-Gasinspektionsmethode. Wenn die Klemmung nicht vorhanden ist, wird rechtzeitig ein Alarm ausgelöst, um die Stabilität der Produktverarbeitung sicherzustellen.
4. Klingen und Reibahlen aus kubischem Bornitrid (CBN) werden zum Feinfräsen und zur präzisen Lochbearbeitung auf der Oberseite des Zylinders verwendet. Diese Werkzeuge haben eine lange Lebensdauer und bieten die Vorteile einer hohen Bearbeitungsgenauigkeit, kleiner Parameterwerte für die Oberflächenrauheit und einer hohen Produktivität. Bei der Verwendung von Hartmetall-Sägeblättern können die Anforderungen an die Rauheitsbearbeitung unter Massenproduktionsbedingungen nicht gewährleistet werden. Solange mehr als 100 Stück der beschichteten Hartmetallklingen verarbeitet werden, kann es leicht zu Rauheiten kommen. Allerdings ist die Wirkung bei der Verwendung von CBN-Sägeblättern besser. Viel, mehr als 200 Stück können verarbeitet werden.
5. Kontrollieren Sie die Schnittparameter des Bearbeitungszentrums, optimieren Sie den CNC-Werkzeugweg und erhöhen Sie die Schnittgeschwindigkeit entsprechend, wodurch die übermäßige Ebenheit der vorderen und hinteren Endflächen des Zylinders verringert werden kann, die durch die ungleichmäßige Kraft auf der Oberseite des Zylinders verursacht wird der Zylinder aufgrund der ungleichmäßigen Kraft des Werkzeugs beim Ein- und Ausfahren in den Zylinder. .
6. Nachdem die große Platte gefräst wurde, verwenden Sie das CNC-Steuerungsprogramm und fügen Sie eine große Bürste hinzu, um die Oberseite des Zylinders entlang der Fräser-Bearbeitungsroute abzukratzen, um Zylindergrate zu entfernen.
7. Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle in der Werkstatt. Kontrollieren und stellen Sie eine konstante Temperatur von 20 ± 2 Grad und eine relative Luftfeuchtigkeit von 40 % bis 60 % ein, um die Auswirkungen von Wärmeausdehnung und -kontraktion auf die Endbearbeitung des Zylinders zu reduzieren.
Der Parallelitäts-, Ebenheits- und Rauheitsprüfbericht nach der Endbearbeitung der Zylinderoberfläche lautet wie folgt.
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▲Prüfbericht zur Größe der Zylinderoberfläche
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Verschiedene Prozesssteuerungen für die Endbearbeitung von Zylinderbohrungen
Die Anforderungen an die Endbearbeitung von Zylinderbohrungen sind hoch und stehen im Mittelpunkt der Prozessfertigungskontrolle. Um die Qualität des Zylinderbohrungshonens sicherzustellen, muss die Größentoleranz des Zylinderbohrungsdurchmessers vor dem Honen auf ±0,01 mm kontrolliert werden. Das bedeutet, dass nur eine Toleranzzone von 20 μm die Gasprüfung bestehen darf, bevor sie zum Reibhonen in die Honmaschine eingegeben werden kann. Vor der Bearbeitung muss die Zylinderbohrung im Bearbeitungszentrum auf die vorgegebene Größe feingebohrt werden. Der Verarbeitungsprozess ist wie in der Abbildung dargestellt.
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▲Verarbeitungsprozessdiagramm
Das Präzisionsbohrwerkzeug verfügt über eine interne Kühlstruktur, um sicherzustellen, dass die beim Schneidvorgang entstehende Wärme rechtzeitig abgeführt wird, wodurch die Temperatur der lokalen Bearbeitung gesenkt und die Oberflächenqualität der Zylinderbohrung verbessert wird. Dem Vergleich der endgültigen Produktzeichnungen zufolge ergibt sich nach dem Feinbohren des Zylinderbohrungsdurchmessers im Vorhonprozess eine Bearbeitungszugabe von 0.04~0.{{ 9}}5 mm sind für die nachfolgende Honmaschine reserviert, die Rauheit wird auf Rz10~20 μm und die Zylindrizität auf 0,015 mm gesteuert. Der Positionierungsdurchmesser von 0,2 mm und die Vertikalität von 0,05 mm/150 mm stimmen mit den Produktzeichnungen überein, d. h. die Rauheit, der Durchmesser und die Zylindrizität des Zylinderlochs werden durch Reiben kontrolliert und gleichzeitig die Positionierung und Vertikalität sichergestellt. Nachdem die Zylinderbohrung präzisionsgebohrt wurde, wird der Zylinderbohrungsdurchmesser durch Online-Gasinspektionsgeräte erfasst und qualifizierte Produkte gelangen über einen motorisierten Rollentisch in die Honmaschine. Obwohl die einmalige Investition in importierte Reib- und Hongeräte für Zylinderbohrungen (z. B. eine in Deutschland bekannte Honmaschine) relativ hoch ist, sind die anschließenden Bearbeitungskosten äußerst niedrig und die Bearbeitungsqualität stabil.
Zur Bearbeitung vertikale Honmaschine verwenden. Während der Bearbeitung wird der Schleifstein des Honkopfes radial unter dem Expansions- und Kontraktionsmechanismus vorgeschoben und das Werkstück nach und nach auf die erforderliche Größe bearbeitet. Am Außenumfang des Honkopfes befinden sich 6 bis 9 aufklappbare Honsandstangen. Sechs können zum Grobhonen verwendet werden. Es werden neun Honstangen verwendet, deren Länge etwa 1/3 bis 2/3 der Länge der Zylinderbohrung beträgt. Beim Honen wird die Hin- und Herbewegungsgeschwindigkeit auf 25–35 m/min geregelt und die Honeffizienz ist hoch. Je größer die Hin- und Herbeschleunigung beim Honen ist, desto kleiner ist die beim Umkehren gebildete Lichtbogenübergangsfläche und desto höher ist die Qualität der Hontextur.
Der Druck des Honsteins auf die Lochwand wird auf {{0}},3~0,5 MPa geregelt. Der Druck des Honsteins wirkt sich direkt auf die Oberflächenqualität des Werkstücks, den Verschleißgrad des Ölsteins, die Maßhaltigkeit und die Oberflächenrauheit des Werkstücks aus.
Nachdem die Zylinderbohrung fein gebohrt wurde, können Grobhonen und Feinhonen die Anforderungen an die Produktgröße erfüllen. Nach dem Honen entsteht ein 20-Grad-30-Grad-Honmuster, das sich positiv auf die Schmierstoffspeicherung des Ölfilms in der Zylinderbohrung auswirkt. Die Prüfberichte zu Durchmesser, Position, Zylindrizität, Vertikalität und Rauheit der Zylinderbohrung nach dem Honen lauten wie folgt.
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Verschiedene Prozesssteuerungen für die Endbearbeitung von Kurbelwellenbohrungen
Die Höchstgeschwindigkeit gängiger Benzinmotoren kann 6000 U/min erreichen, was hohe Anforderungen an die Technologie der Kurbelwellenbohrungen stellt. Um die Qualität des Kurbelwellenlochhonens sicherzustellen, muss die Größentoleranz des Kurbelwellenlochdurchmessers vor dem Honen auf ±0,015 mm kontrolliert werden, d. h. es ist nur eine Toleranz von 0,03 mm zulässig. Nachdem das Band die Gasprüfung bestanden hat, kann es zur Plattformhonung in die Honmaschine gelangen. Bevor das Kurbelwellenloch gehont wird, muss das Kurbelwellenloch im Bearbeitungszentrum auf eine vorgegebene Größe feingebohrt werden. Das Diagramm des Verarbeitungsprozesses ist in der Abbildung dargestellt.
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▲Kurbelwellenloch-Prozessdiagramm
Das Präzisionsbohrwerkzeug des Bearbeitungszentrums verfügt über eine interne Kühlstruktur. Da die Tiefe des Kurbelwellenlochs groß ist und 300 mm erreicht, sind auch die Anforderungen an das Bohrwerkzeug hoch. Es werden CBN-Sägeblätter verwendet, deren Aufbau in der Abbildung dargestellt ist.
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▲Strukturdiagramm des Bohrwerkzeugs
Die Auswahl des Werkzeugs ist sehr wichtig. Das Werkzeug verfügt über 4 Halbschlichtbohreinsätze und 6 Feinbohreinsätze. Während des Bearbeitungsprozesses wird das Führungsloch zunächst durch die Klinge vergrößert und der größte Teil des Aufmaßes weggeschnitten. Anschließend wird die Halbfertig-Bohrklinge auf einen Durchmesser von 48,79 mm aufgebohrt, wobei ein Aufmaß von 0,2 mm verbleibt für die Klinge mit einem Durchmesser von 48,995 mm zum Schneiden; Das Kurbelwellenloch wird zuerst an den Positionen des 1. und 2. Zahnrads gebohrt und dann wird der Drehteller gedreht, um das 5., 4. und 3. Zahnrad des Kurbelwellenlochs auf der anderen Seite zu bohren. Dem Vergleich der endgültigen Produktzeichnungen zufolge ist nach dem Feinbohren des Zylinder-Kurbelwellen-Lochdurchmessers im Vorhonprozess eine Bearbeitungszugabe von 0.04~0,05 mm für das Weiterhonen reserviert die anschließende Honmaschinenplattform.
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Im Vergleich zu gewöhnlich gehonten Kurbelwellenlöchern wird das Kurbelwellenloch mit Plattformtextur um 1/3~1/2 verkürzt, die Lebensdauer wird um 10%~20% erhöht und das Drehmoment erhöht um 5 %, und der Ölverbrauch wird um 50%~60% reduziert. Die Rauheit des Plattformhonens wird auf Rz10~20μm, die Zylindrizität auf 0,01 mm, der Positionsdurchmesser auf 0,2 mm, die Rundheit auf 0,01 mm und die Koaxialität auf 0,008 mm eingestellt. Die Anforderungen an die Produktgröße werden auch durch Plattformhonen erfüllt.
Um die Maßhaltigkeit zu gewährleisten, wird das Kurbelwellenloch in einem Schritt, also vom ersten Gang bis zum fünften Gang, rotierend und hin- und herbewegt. Der Prüfbericht zu Durchmesser, Rundheit, Position, Koaxialität, Zylindrizität und Rauheit des Zylinderkurbelwellenlochs nach dem Honen ist in der Abbildung dargestellt.
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▲Kurbelwellenlochgröße-Prüfbericht
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Für die obige Feinbearbeitung der oberen Oberfläche des Motorblocks, der Zylinderbohrung und der Kurbelwellenbohrung werden die selbsthemmende Vorrichtung und das Hilfsunterstützungsdesign übernommen, fortschrittliche Werkzeugmaterialien und Werkzeugkombinationsstrukturen ausgewählt und die Verarbeitungstemperatur und -feuchtigkeit kontrolliert , und die Verarbeitungsprozessparameter und die Chipmarge werden gut kontrolliert. und andere Prozessmaßnahmen, um die Anforderungen an die Produktendgenauigkeit sicherzustellen und so die Produktmontage und die Leistung der Massenproduktion sicherzustellen.
