Procesplanning voor de bewerking van krukassen: principes en keuze van referentiepunten

Principes van procesplanning voor krukassen en keuze van referentiepunten

Ontwerpprincipes voor procesroutes

1. Stel eerst de referentiepunten vast: Bij de procesplanning moeten de precisie-referentiepunten van de krukas, indien mogelijk, tijdens de eerste of tweede bewerking worden bewerkt. Bij de daaropvolgende bewerkingen kunnen deze precisie-referentiepunten vervolgens worden gebruikt om het werkstuk te positioneren, waardoor het gemakkelijker wordt om de nauwkeurigheid van andere oppervlakken te waarborgen.
2. Machineoppervlakken vóór het boren van gaten: Wanneer er gaten moeten worden aangebracht in krukaslagers of flensvlakken, bewerk dan eerst de lagers en flensvlakken en maak vervolgens de gaten in die oppervlakken. Zo kunt u de nauwkeurigheid van de gaten gemakkelijker waarborgen.
3. Bewerk eerst de hoofdvlakken van de machine en daarna de secundaire vlakken: Bij de procesplanning moet de nadruk liggen op de belangrijke oppervlakken van de hoofdlagers en krukpenlagers. Tussen deze bewerkingen kunnen secundaire oppervlakken worden verwerkt.
4. Voorbewerking vóór de nabewerking, met afzonderlijke voor- en nabewerking: De redenen om voorbewerking en nabewerking van elkaar te scheiden zijn als volgt.
   1. Zorg voor een hoge bewerkingskwaliteit: Tijdens de voorbewerking zorgen grote verspaningsmarges voor hoge snijkrachten en snijwarmte. Het bewerkingssysteem ondergaat daardoor elastische vervorming, thermische vervorming en hoge restspanningen in het werkstuk. Bij de voorbewerking kunnen geen hoge nauwkeurigheid of lage oppervlakteruwheid worden bereikt. Bij de daaropvolgende bewerkingen moeten de snijparameters en bewerkingsfouten geleidelijk worden verminderd om aan de kwaliteitseisen voor het onderdeel te voldoen. Bij ruwe werkstukken met interne restspanning kan ruwbewerking deze spanning herverdelen en na verloop van tijd vervorming veroorzaken. Door ruw- en nabewerking te scheiden, wordt het effect van spanningsgerelateerde vervorming op de nabewerking voorkomen; resterende vervorming kan ook in latere nabewerkingsstappen worden geëlimineerd.
   2. Leegruimtefouten vroegtijdig opsporen: Bij de voorbewerking wordt een ruime bewerkingsmarge weggewerkt, waardoor defecten in het ruwe werkstuk al in een vroeg stadium aan het licht komen. Zo kan het werkstuk tijdig worden afgedankt of gerepareerd, waardoor verspilling door verdere bewerking wordt voorkomen.
   3. Gebruik werktuigmachines op de juiste manier: Voor de voorbewerking kunnen machines worden gebruikt met een hoog vermogen en een hoge stijfheid, maar met een matige nauwkeurigheid, terwijl voor de nabewerking machines met een hoge nauwkeurigheid worden ingezet. Zo wordt optimaal gebruik gemaakt van de mogelijkheden van elke machine. Het scheiden van voorbewerking en nabewerking geldt zowel voor het bewerken van één enkel oppervlak als voor het bewerken van het gehele onderdeel. Naarmate de nauwkeurigheid van giet- en smeedstukken voor moderne auto-onderdelen steeds verder toeneemt en de totale speling afneemt, wordt het onderscheid tussen de voorbewerkings- en nabewerkingsfasen steeds minder uitgesproken.
5. Zorg voor een rationele organisatie van warmtebehandelingen en oppervlakteversterkingsprocessen.
6. Krukassen zijn slanke onderdelen, dus vervorming tijdens de bewerking moet tot een minimum worden beperkt. Bij de procesplanning voor krukassen worden doorgaans de volgende principes gevolgd: eerst voorbewerken, dan nabewerken; eerst het referentiepunt, dan de overige kenmerken; eerst de vlakken, dan de gaten; eerst de hoofdvlakken, dan de secundaire vlakken; en eerst de hoofdlagers, dan de krukpenlagers.

Bij het opstellen van een procesplan moet rekening worden gehouden met nog enkele andere uitgangspunten: verenigbaarheid met het productieprogramma, het beste economische resultaat en het actief toepassen van nieuwe processen en technologieën die geschikt zijn voor het productieprogramma.

Een procesplan wordt voornamelijk beoordeeld op basis van drie criteria: kwaliteit, kosten en levertijd.

Ontwikkeling van de algehele procesroute

Voor een integrale krukas zijn gesmeed staal en nodulair gietijzer de belangrijkste uitgangsmaterialen. Gangbare productieroutes zijn als volgt:

• Krukas van gesmeed staal: voorbereiding van onbewerkte stukken, smeden, normaliseren, voorbewerking, oppervlakteharding en -ontspanning, en nabewerking.
• Krukas van nodulair gietijzer: gieten, normaliseren, temperen, voorbewerking, oppervlakteharding en -temperen, en nabewerking.

Ontwikkeling van ruwbewerkingsprocessen

Veelgebruikte methoden voor het voorbewerken van krukassen zijn onder meer draaien, inwendig frezen, draaien-brootsen en draaien-draaien-brootsen. Alle vier de methoden worden momenteel toegepast. De keuze voor een bepaalde methode hangt af van het product, het productievolume, de takttijd, de proceseisen en de investering.

Draaien: biedt de grootste veelzijdigheid. Intern frezen: is geschikt voor het bewerken van krukpennen en de zijkanten van krukarmplaten, met name wanneer het ruwe stuk een ruime bewerkingsmarge heeft. Draaibrootsen: stelt hoge eisen aan het ruwstuk en is slecht aanpasbaar aan productwijzigingen; het is daarom geschikt voor de massaproductie van één enkel product. Draai-draai-ruimen: combineert draaien en draaibrootsen; de nauwkeurigheid ligt op het niveau van draaibrootsen, de efficiëntie is lager dan bij inwendig frezen, en de flexibiliteit is groter dan bij zowel draaibrootsen als inwendig frezen.

Bij de 4H-krukas wordt voor de voorbewerking een combinatie van draaien en inwendig frezen toegepast.

Ontwikkeling van slijpprocessen

Slijpvolgorde en bewerkingskwaliteit: Er is geen eenduidig antwoord op de vraag of je eerst de hoofdlagers of de krukpenlagers moet slijpen.

1. Slijpen van de hoofdlagers, gevolgd door het slijpen van de krukpenlagers: Door het slijpen van de krukpen ontstane spanningsontlading kan ervoor zorgen dat de slingering van de hoofdlagerpen de tolerantie overschrijdt, en dit is moeilijk te beheersen.
2. Slijpen van de krukpenlagers, gevolgd door het slijpen van de hoofdlagers: Het omzetten van het referentiepunt kan ertoe leiden dat de fout in de krukasradius de tolerantie overschrijdt; dit is moeilijk te beheersen en vereist extra apparatuur.

Naarmate de technologieën voor het voorbewerken en harden van krukaslagers zich verder ontwikkelen, is de slijpspeling aanzienlijk verminderd. De vervorming en spanning als gevolg van het slijpen zijn kleiner, en het precisieslijpen van de lagers kan in één bewerking worden voltooid, waardoor het halfafwerkingsslijpen overbodig wordt en het proces wordt vereenvoudigd.

Slijpscheuren en -brandplekken, met name op brede drukvlakken, de slingering van de hoofdlagers en de positionele nauwkeurigheid van de krukpenlagers ten opzichte van de hoofdlagers – met inbegrip van radiale slingering, krukasradius en parallelliteit – zijn belangrijke aandachtspunten bij het ontwerpen van het slijpproces.

Vanuit het oogpunt van het productieproces geldt dat, indien het effect van de slijpkracht op de krukpen- en hoofdlagers op de vervorming van de krukas binnen de toegestane slingering van de hoofdlagers kan worden gehouden, het slijpen van de hoofdlagers vóór de krukpenlagers een geoptimaliseerd proces is met een eenvoudige werkwijze en lage investeringskosten. Bewerkingen die uitsluitend worden gebruikt om de procespositie vast te stellen, zijn activiteiten zonder toegevoegde waarde en moeten worden beperkt of geëlimineerd.

Keuze van het referentiepunt voor de krukas

Als we de krukas van een 4H-motor als voorbeeld nemen: deze krukas heeft vier krukpenlagers en vijf hoofdlagers. Voor de keuze van een radiaal referentiepunt op de krukas van een lijnmotor kunnen de middelste gaten aan beide uiteinden of de hoofdlagers, zoals de lijn die de middelpunten van het eerste en vijfde hoofdlager verbindt of de lijn die de twee middelste gaten verbindt, als radiale referentiepunten worden gebruikt.

Er zijn verschillende axiale referentiepunten beschikbaar. Om axiale beweging te beperken en axiale verschuiving als gevolg van axiale krachten te voorkomen, worden de schouder, oftewel het drukvlak, van de vierde hoofdlagerpen en het eindvlak van de flenslagerpen als axiale referentiepunten gebruikt.

Omdat een krukas een complex onderdeel is, heeft deze ook verschillende hoekreferentiepunten, zoals het hoekige bevestigingsnokje op het balansgewicht van de eerste hoofdlagerpen, de eerste krukpen en bevestigingsgaten in de flens.

1. Keuze van het ruwe referentiepunt voor de 4H-krukas: Krukasruwstukken zijn doorgaans gebogen. Om ervoor te zorgen dat de middengaten aan beide uiteinden precies in de geometrische middelpunten van de kopvlakken worden geboord, wordt het ruwe referentiepunt in radiale richting gekozen op basis van de buitendiameters van de lagers nabij beide uiteinden. Het axiale positioneringsreferentiepunt wordt gevormd door de schouders aan weerszijden van het derde hoofdlager. Omdat de krukarmvleugels aan weerszijden van de derde hoofdlagerpen in het midden van de krukas liggen, vermindert het gebruik ervan als ruw referentiepunt de positiefout in andere krukarmvleugels. De hoekige procesnok op het balansgewicht van de eerste hoofdlagerpen wordt gekozen als het hoekige ruw referentiepunt.
2. Keuze van het precisie-referentiepunt voor de 4H-krukas: Omdat het oppervlak van de krukas complex is, beschikt deze over meerdere referentiepunten. Twee daarvan worden gedurende het gehele bewerkingsproces gebruikt: het belangrijkste zijn de middelste gaten aan beide uiteinden, en het andere zijn de eerste en vijfde hoofdlagers. Er zijn ook verschillende axiale referentiepunten beschikbaar, waaronder de middengaten, het eindvlak van de flens-lagerpen en de schouder, of drukvlak, van de vierde hoofdlagerpen. Bij de meeste hoekprecisiepositioneringen worden procesgaten in de flens gebruikt om de rotatievrijheid te beperken tijdens het slijpen van de hoofd- en krukpenlagers. Het eerste krukpenlager wordt ook af en toe gebruikt als hoekpositioneringsreferentiepunt.