曲轴加工工艺过程及IPO模型

韩自强，岳文辉，单武斌，王晓俊

(1.湖南电气职业技术学院 电梯工程学院，湖南 湘潭 411101；2.湖南科技大学 机电工程学院，湖南 湘潭 411201；3.卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司，河南 南阳 473008)

1 引言

曲轴是汽车发动机的关键零部件，它的作用是把活塞的往复直线运动变成旋转运动，将作用在活塞上的气体压力变成扭矩，用来驱动汽车发动机各辅助系统进行工作，它的质量在很大程度上影响着发动机的性能。大量的研究表明，零部件的质量又与其加工工艺有关，零部件的加工工艺不同，其IPO模型也不同。IPO模型(Input-Process-Output，输入-处理-输出)是一个用来描述系统输入和输出数据的模型，也可以用来描述一个系统与外界的信息交换[1]。IPO模型是进行清单分析的基础，清单分析又是进行制造过程环境影响分析和评价的基础，它能够对产品制造过程的资源消耗和环境影响数据进行量化分析[2]。因此，对曲轴加工过程IPO模型进行研究可以为曲轴制造企业采用绿色工艺提供理论依据，也有利于绿色制造技术在曲轴制造业的推广，对拓展绿色制造应用领域具有重要的意义。

近年来有关建立零件制造过程IPO模型的问题引起了一些学者的关注。张华等[3]建立了零件加工的IPO模型和资源环境属性指标评价体系，并提出了拉开档次组合评价法。曹华军等[4]基于工艺IPO过程模型和列昂波特相互作用矩阵，提出一种零件制造过程能量和物料消耗、环境废物排放和安全性的评价方法。胡嘉亮等[5]构建了混凝土泵车再制造工艺IPO模型,为混凝土泵车绿色再制造工艺优化提供了依据。周祥超[6]建立了切削加工过程的IPO模型，基于这个模型对加工过程进行清单分析，为最后切削加工过程环境影响评价提供数据支持。赵滔[7]构建了车削工艺的IIPO模型，并以此为基础建立了工艺绿色度综合评价指标体系。在已有的研究基础上，结合曲轴加工工艺的特点，本文建立了曲轴加工过程的IPO模型，IPO模型是进行清单分析的基础，而清单分析又是进行制造过程环境影响分析和评价的基础。因此曲轴加工过程IPO模型的建立，对清单分析和资源环境属性评价具有重要的意义。

2 曲轴的结构及加工工艺

曲轴的作用是把活塞往复运动通过连杆转变为旋转运动，传给底盘的传动机构。曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成，如图1所示。

图1 曲轴的结构示意图

虽然曲轴的品种较多，结构上一些细节有所不同，但加工工艺过程大致相同。现在以莫种六拐曲轴为例，介绍曲轴的机械加工工艺过程如表1所示。该曲轴材料是45#钢，毛坯为锻件。

表1 曲轴的机械加工工艺过程

3 曲轴典型加工工序的IPO模型

从表1可知曲轴的机械加工工艺过程主要包括锻造、车削、钻削、扩孔、铰孔和热处理等，因此可以构建几种典型的IPO过程，参考文献[8] 建立锻造、切削和调质等典型工序的IPO模型，如图2～图4所示。

图2 锻造工艺IPO过程模型

图3 切削工艺IPO过程模型

图4 调质工艺IPO过程模型

4 曲轴加工过程IPO模型

曲轴的加工过程是由一系列工序过程组成的，每个工序过程都可以用一个IPO过程模型表示其输入—处理—输出过程，那么曲轴的整个加工过程可以看作由一系列IPO过程组成的工艺过程链，即把它看做一个大的输入—处理—输出过程。因此，可建立曲轴整个加工过程IPO模型，曲轴加工过程IPO模型如图5所示。

图5 曲轴的IPO过程模型

5 结语

结合曲轴加工工艺的特点，先建立了锻造、切削和调质等典型工序的IPO模型，在此基础上又建立了曲轴加工过程的IPO模型。曲轴加工过程IPO模型的建立，对清单分析和资源环境属性评价具有重要的意义。