隨著中國汽車製造業高速發展，對曲（qǔ）軸零部件的需求量也逐年增高，這使得近幾（jǐ）年來大量的資金投向了曲軸加工行業。曲軸作為（wéi）主要承力部件，它承受的載荷很大且受力情況複雜。這就要求曲軸有較高的（de）強度、抗疲勞性和較高的加工精度，才能夠保證在複雜載荷（hé）作用下長（zhǎng）時（shí）間的工作。目前，國內曲軸市場的總需（xū）求量大概每年（nián）在３０００萬隻左右（主要指汽（qì）車市場），絕大部分都是采用（yòng）鍛造生產工藝。隨著（zhe）發動機技術的不斷提高，對曲軸生（shēng）產工藝的要求也越來越高，為了滿足不斷提（tí）高的技術要求以及複雜的使用環境，越來（lái）越多的新技術、新工藝（yì）、新（xīn）裝備正應用於曲軸鍛造（zào）業。

      １　曲軸的分類和模鍛工藝特點

      和其他鍛件產品相比，曲軸鍛件一般被認為是較為複雜的鍛（duàn）件類型之一，鍛造工（gōng）藝（yì）難度較（jiào）高，為了（le）保證產（chǎn）品的質量要求，需要通過多種工序才能完成。由（yóu）於其結構具有類似性，典型（xíng）的工藝（yì）路線為：下料—－加熱－輥鍛製坯（pī）－—壓扁－預（yù）鍛－終鍛（duàn）－切邊（biān）－扭擰－—熱精整－懸掛控溫冷卻－—正火＋調質－—校直－去應力－噴丸－—探傷—－防鏽（xiù）—－檢驗入庫。

      根據曲軸鍛造工藝的不（bú）同可以分為以下（xià）幾（jǐ）種類（lèi）型。

      （1）水平分模（mó）直接（jiē）成（chéng）形（xíng）曲軸（圖１）。主要包括：單缸、雙缸、四缸、六缸（gāng）曲（qǔ）軸等。大部分應用於乘用車（chē）的（de）直列發動機上，其（qí）連杆頸呈（chéng）１８０°分布，全部采用非調質鋼材料，鍛造工藝相對簡（jiǎn）單（dān）。主要采用８００００ｋＮ及以下的設備鍛打，對於更小（xiǎo）型（xíng）的轎車曲軸，常采用帶有步進梁結構的自動化線進行大批量生產。通常采用：加熱－預鍛－終鍛－切邊的模鍛工藝（yì），一般不需要製坯（pī）工序，在切（qiē）邊的同時完成（chéng）熱精整（zhěng）。

      （２）曲麵分模直接成形曲軸（圖２）。主（zhǔ）要包括三缸、六缸等曲軸類型，部分的Ｖ８、Ｖ１０曲軸也采用（yòng）這種工藝成（chéng）形，主要應用於２００馬力以上的重型發動機上，連杆頸一（yī）般呈９０°，７２°和１２０°分布［１］。這一類型的曲軸需要在２５０ｋＪ以上的設備上完成。國內目前擁有多條該類（lèi）型產（chǎn）品的自動線（xiàn），需要單獨的（de）製坯和精整（zhěng）設備。國內部分企業采用非調質鋼（gāng）材料。

      （３）水平分模扭曲成形曲軸。主要是（shì）指帶有全平衡塊（kuài）結構的六缸１２平衡塊曲軸（zhóu）、Ｖ８、Ｖ１０曲軸等。這種類型的曲軸如果采用曲麵直接成形工藝，會造成（chéng）鍛件（jiàn）局部餘量較大、鍛造工藝性較差、鍛模壽命低等缺陷，一（yī）些Ｖ８、Ｖ１０曲軸（zhóu）甚（shèn）至需要改變平衡塊形狀，從而導致嚴（yán）重的動平衡問題。因（yīn）此，采用直接鍛造＋扭曲成形技術是這一類型產品最理想的生產工藝。該產品的主要工藝難點在於扭曲（qǔ）和精整工藝的（de）合理設計。其中（zhōng），以（yǐ）六缸曲軸的扭（niǔ）曲成形工藝最為常見（圖３），以五缸曲軸的扭曲工藝最為複雜，其扭（niǔ）曲設備的結構也比較複雜，目（mù）前國內還沒（méi）有（yǒu）五缸曲軸扭曲工藝及成形設備，一般要綜（zōng）合采用多台設備（bèi）來（lái）完成。國外一（yī）些鍛造企業可以在一台設備上（shàng）完成扭曲和（hé）熱精整兩個工序，在節約（yuē）設備的同時又提高了生產效率，值得國內同行借鑒［２］。

      （４）曲麵分模扭曲成形曲軸（圖４）。這種（zhǒng）類型的曲軸較為少見，一般應用於高速發動機上，到目前還沒（méi）有看到有國（guó）內（nèi）企業（yè）生產。這（zhè）種產品也稱為錯拐曲軸，即兩個連杆頸之間通過一個平衡塊相連，３個曲柄和兩個（gè）連杆頸組成一個單元，一個曲軸一般（bān）有３個單元組成，互（hù）呈１２０°，兩個連杆（gǎn）頸之間的（de）夾角為（wéi）３０°，或者是６０°。由於特殊的使用環境，其對鍛造工藝的精（jīng）度要（yào）求非常（cháng）高（gāo），因此鍛（duàn）造工藝也（yě）最為複雜，一般采用普通的分模方式無法鍛造成形，通過分析，這種產品可以通過曲麵（miàn）分（fèn）模和（hé）扭曲成（chéng）形相（xiàng）結合的方式實現。但模具結（jié）構非（fēi）常複雜，尤其是扭曲和熱精整（zhěng）模具。通常可在６３０００ｋＮ熱（rè）模鍛壓力機上（shàng）完成鍛造和切（qiē）邊，然後在８０００ｋＮ雙工位液壓機上（shàng）來完（wán）成扭曲和熱精整。

      ２　新設備在（zài）曲軸鍛造線中的應用特點

      根據曲軸鍛件結構以及成形工藝的不同，曲軸生產所需要的設備也不盡相同，大致可分為熱（rè）模鍛壓力機生產線、模鍛錘生產線以及螺旋壓力機生產線等３種（zhǒng）類型。其中，電動螺旋壓力機曲軸鍛造技術是近幾年來的一個新的發展方向。

      ２．１　模鍛錘生產線

      模鍛錘生產線又可分為蒸空氣鍛錘、程控電液錘以及電液對（duì）擊錘３種類型。其中，蒸空氣鍛錘生產線由於（yú）效率低下，勞動強度大，汙（wū）染嚴重（chóng），能源消耗大，生產成本高，鍛件公差、餘量（liàng）、出模斜度大，鍛件精度（dù）低等缺點，已經難以滿足現代（dài）發動機對曲軸加工方麵的需求，因此，采用蒸空氣鍛錘（chuí）生產的曲（qǔ）軸將越來越少。隨著電（diàn）液技術以及自動化技術在鍛造設備上的（de）廣泛應用，也有部分企業采用電液錘設備來生產大型的曲軸。尤其是鍛重在２５０ｋｇ以上的大型曲軸，仍然需要在４００ｋＪ的程控電液錘或者是４０ｔ·ｍ 及以上噸位的電液對擊錘設備上生產，據了解國外有（yǒu）不少企業仍然在采用對擊（jī）錘設備生產大型（xíng）的曲軸鍛件。我國（guó）目前在這一類型的鍛造設備（bèi）上仍有投資的空間（jiān）［３］。

      ２．２　鍛壓機生產線

      近幾年（nián），隨著曲軸市（shì）場需求的（de）不斷擴大，對曲軸鍛件（jiàn）質量的要求也日益提高。由於熱模鍛壓力機上模鍛曲軸件具有加（jiā）工餘量小、鍛件精度高、質量（liàng）穩定、可以自動化生產、工人勞動強度低、對周圍環（huán）境汙染小等特點，受到越來越多的曲軸鍛造企業的青睞。２００５～２０１０年，我國（guó）分別從俄羅斯、德國（guó）、日本等國家引（yǐn）進十多條大型的曲軸（zhóu）自動化（huà）生（shēng）產線，其中部分采用了韓國、日本（běn）的步進梁技術。但是，由（yóu）於這一類型的設備一次性投資較大，設（shè）備結構複雜、維修不便（biàn）、維修費用高、電（diàn）氣電（diàn）子元件需（xū）要檢修調整、要求工人素質（zhì）高，同時具有設備（bèi）行程固定、有燜車可（kě）能（néng）等特點，目前這一類型的設（shè）備主要還是集（jí）中在大型國有企業中。典型的鍛壓機生產線的設備組成如圖５所示［４－６］。

      ２．３　電（diàn）動螺旋壓力（lì）機生產（chǎn）線

      近兩年，電動螺旋壓力機在我國的（de）曲軸鍛造行業得到了快速發展，目前國內（nèi）大都采用德國米（mǐ）勒萬家（jiā）頓公司生產的ＰＺＳ係列的（de）電動螺旋壓力機來（lái）生產各種類型的曲軸。與其他設備相比，造價較高，但是由於其行程不固定（dìng）、不會產生燜車現象、可以實現多次打擊、輸出能量可控、設備整體結構簡（jiǎn）單、維修方便、鍛（duàn）件精度較高等優點，非常適合（hé）於大型曲軸的（de）鍛（duàn）造。特別是在鍛（duàn）打一些小批量、大變形、大截麵、平衡（héng）塊高深比相對較大的曲軸鍛件時優勢較為明顯。

      ３　新技術在曲軸鍛造生產中的應用

      ３．１　半閉式模鍛工（gōng）藝技（jì）術的應用

      目前，國內曲軸市場已經出現產能過剩的跡象，曲軸鍛件的市場（chǎng）競（jìng）爭日益加劇。現階（jiē）段，降成本成為許多企業最緊迫的事情。隨之而來（lái）的越來越多的新技術（shù）、新工藝開始應用於曲軸的生產過程（chéng）中。半（bàn）閉式模鍛工（gōng）藝是近年來應用（yòng）較（jiào）多的一（yī）種新的技術。其主要是借鑒了擠壓工藝的原理，將曲軸的開式模鍛工藝通過適當的改進模具結構轉化（huà）為閉式（shì）鍛造（zào）的一種新型技術。它介於開式模鍛與閉式模鍛之間，其關鍵是通過改變鍛模的橋部結構（圖６），實現金屬在半封閉的模具型腔中擠壓成（chéng）形，從而將鍛件（jiàn）開（kāi）式模鍛轉化為閉（bì）式擠壓模鍛，實（shí）現小飛邊鍛（duàn）造（zào），最（zuì）大程度上提高（gāo）材料利用率、降低（dī）生產成本。

      采（cǎi）用半（bàn）閉式模鍛工藝，由於增加了型（xíng）腔壓力，有利（lì）於成形複雜鍛件，特別是高深（shēn）比大的鍛件成形，對提高鍛件充（chōng）滿程度較為明顯，也降低了曲軸的焊補率（lǜ）。由於半閉式模鍛工（gōng）藝中存（cún）在阻力牆結構（gòu），也可以提高鍛件水平方向的（de）精度，減小錯移誤（wù）差。國外的鍛造企業（yè）很早就開始采用這（zhè）種工藝生產曲軸，雖然我們國家這幾年引進了不少先進的鍛壓設（shè）備（bèi），但是在工藝研發方麵和（hé）國外還有很大的差距。許多企業還是停留在重設備、輕技術的層麵上（shàng）。有了好的設備，並不意味著能夠生產（chǎn）出（chū）好（hǎo）的產品，隻有做好技術上的提高，才能成為市（shì）場競（jìng）爭中（zhōng）的優勝者。

      ３．２　曲軸鍛造的自動化生產

      ３．２．１　自動化（huà）生產線

      鍛造自（zì）動化生產線技術通常是指以工業（yè）機器人為核心單元，以信息技術和網絡技術為媒介，以ｐｒｏｆｉｂｕｓ現場總線控製（zhì）技術為通信手段，將所有設備連接到一（yī）起而形成的（de）大型（xíng）自動化生產線。能夠實現（xiàn）設備單元（yuán）的自動化、生產工序過程自動化、管理自動化、基於（yú）ＷＥＢ技術的工廠安全過程監控係統自動（dòng）化以及故障診斷係（xì）統自動化等。其核（hé）心是設備單元自動（dòng）化和過程自動化。它是鍛造企業先進製造技術應用的典型（xíng）代表，是發展先進製造技術實現鍛造生產線的數字化、網絡（luò）化和智能化的重要手段［４－５］，目前已成為國內外鍛造企業極力發展的高新技術應用（yòng）領域。

      自動化生產線的設計要求（qiú）是生產穩定、設備電控能正常（cháng）工作、工藝合理、多機配合協調、綜合經濟效益高，達到優（yōu）質、高產、低耗的目的。在整個生產線設計過程中，前期（qī）工（gōng）藝分析尤為關鍵，生產線工藝方案的製定，關係到設（shè）備選型、經濟效益（yì）、生產能力、廠房建設、能源供應、設備平麵布置、操作方（fāng）式等一係（xì）列的方案的實（shí）施，是項目成功與否的關鍵所（suǒ）在［４］。因此，鍛造生（shēng）產線的自動化（huà）控製技術的應用（yòng），既包含機械電子以及自動控（kòng）製技術，還涉及對製造工藝的熟（shú）練程度。目前，我國從事這方麵的專業技術人員非常少，也沒有專業性的企業從事這方麵的研究，這也是和國外差距（jù）最明顯的地方（fāng）。

      ３．２．２　新型設備和工藝的適（shì）應性

      從自動化設備（bèi）的發展趨勢來看（kàn），以熱模鍛壓力機為主的自動線，在生產大批量的曲軸類產品的（de）生產中（zhōng），優勢較為明顯。但是，該類型的產品的設備維護較為複雜，因此，國內一些企業轉向采用米勒萬家頓公司的ＰＺＳ係列的電動螺旋壓力機來鍛造曲軸。它可以很好的（de）適應半閉式模鍛工藝的技術特點以及工藝要（yào）求。在其他如扭曲（qǔ）、切邊、校正等一些曲軸鍛件的典型生產（chǎn）工（gōng）序上，隨著新型鍛（duàn）壓設備的不斷發展，原來那種每（měi）個工序（xù）分別由不同設（shè）備來實現（xiàn）的生產方式，現在可以在一（yī）台設備上完成多個工序的生產，在節約設備（bèi）的（de）同時，也相應的縮短了工序之間的傳遞時間，因此，更能體現出自動化生產（chǎn）的優越性。如國外的（de）有些（xiē）設備已經可以實（shí）現扭曲（qǔ）＋校正工序的自動化（huà）生產。而（ér）切邊（biān）＋校正工序也（yě）可以通過複合工藝在單一（yī）設備上完成。

      隨（suí）著國內液壓（yā）機技術的日益完善，同時其又具有良好的（de）經濟（jì）性、工藝適應性（xìng）強等優點，正越來越多（duō）的被（bèi）應用於大型的曲軸鍛造自動線上，但是曲柄壓力機仍然（rán）作為主導產品服務（wù）於鍛造業。現在，也出現了（le）同時（shí）帶有保壓功能的（de）曲柄壓力機，在實（shí）現切邊功能的同時對鍛件進行精整校直（zhí），這種和（hé）工藝結合緊密的新型鍛（duàn）壓設備將（jiāng）會得到廣泛的應用。

      ３．３　曲（qǔ）軸的低能耗製造

      在（zài）原材料應用方麵，目（mù）前更多的碳鋼、合金鋼鍛件被微合金鋼、鋁合金及鎂合金所代替。國外很多年以前就實現了曲軸材（cái）料（liào）的１００％非調質鋼化［７］。我國由（yóu）於標準等方麵的不同，至今仍有相當數量的曲軸（zhóu）采用調質材料生產，既（jì）浪費了能源，又增（zēng）加了生產成本。從上遊企業來看，在（zài）微合金（jīn）鋼原材料（liào）方麵的技術（shù）研發上，我（wǒ）們仍然需要提高。

      國內許多企業在采用非調質材料生產曲軸（zhóu）的同時（shí），也采用控溫冷卻技術來實現曲軸的餘熱處理。

      這樣既（jì）可以節（jiē）省能源，也可以（yǐ）減小設備投資、減少生產工序、降低生產成本、縮短生產（chǎn）周期。在（zài）車間（jiān）廠（chǎng）房建設方麵，越來越多的企（qǐ）業建立了隔（gé）音的生產廠（chǎng）房，避免了對周圍環境的噪聲汙染；在車間（jiān）內部，通過增加設（shè）備減震裝置、添加隔音溝（gōu）槽等多種措施進行降噪處理；在粉塵治理上采用了新型的回收淨化裝置用於車間的除塵等，最大限度的降低了對車間人員的身（shēn）體危害［８］。

      ３．４　聯合創新技術的發展

      在產品工藝研發上，國外的企業和科研院所之（zhī）間的結合非常緊（jǐn）密，許多（duō）大型的（de）鍛造企業，都有自己的聯合技術研究室，專門用於新工藝新技術（shù）的研（yán）究，真正的形成了產（chǎn）學研結合的模式。雖然我國有眾多的（de）研究所和大專院校，但能夠和企業成立聯合技術（shù）研究所的不多，國外的零部件企業已經實現了和整車廠商的產品上（shàng）的同步開發，很值得（dé）國內的企業借鑒（jiàn）。現在的鍛造企業要想適應多變的市場需求，和整車廠產品的同（tóng）步開發是今後企業必須要麵對的問題。

      ３．５　計算機輔助技術的應用

      隨著製（zhì）造業全球（qiú）化（huà）的（de）日益加快，在帶來更多機遇的同時（shí），也加劇了市場競爭，而客戶對產品的質量及生產（chǎn）周期的要求越來越高。因此，傳統的生產工藝已經不能滿足市場的要（yào）求，這就要求企業向著產（chǎn）品設計的數字化、鍛造生產的數字化、管理的數字化方向發展。對於曲（qǔ）軸類產品而言，新的製造技（jì）術在不斷發展變（biàn）化（huà）的同時，計算機輔助技術也開始應用於曲軸產品的工藝開發當中。

      首先，由於ＰＲＯ／Ｅ、ＵＧ、ＣＡＴＩＡ 等大型ＣＡＤ、ＣＡＭ 軟件的廣泛應用，鍛件圖及（jí）工裝圖的設計開發變成了３Ｄ的直接（jiē）建模，傳統的車削加工（gōng）全部被數控技術代替。其次，隨著有限（xiàn）元技術的廣泛應用（yòng）， 一些（xiē）專用（yòng）軟件如ＤＥＦＯＲＭ、Ｑｆｏｒｍ、ＦＯＲＧＥ、ＶｅｒａＣＡＤ等ＣＡＥ鍛造（zào）模擬技術開始更（gèng）多的被鍛造企業采（cǎi）用（圖７），從而（ér）可（kě）以使設（shè）計人員在計算機中完成產品設計的優（yōu）化及修訂工作。既（jì）減少了（le）試模的時（shí）間，也縮短了產品的開發周（zhōu）期。同時，一些特殊的製造技術也開始應（yīng）用於鍛造（zào）業，如快速成形技術，逆（nì）向工程及（jí）ＣＡＴ技術。

      ４　結語

      從傳統的觀點（diǎn）來看，鍛造行業實際上（shàng）是一個沒有自我產品研發的外包產業，其在產（chǎn）業鏈中所處的位置不斷的被上下遊企業所侵（qīn）蝕。因此（cǐ），要想（xiǎng）實現整個行業的長久發展（zhǎn），首先要重點做好技術的研發和創新，在引進國外先（xiān）進技術的基礎上要不斷的消（xiāo）化吸收（shōu）再創新；其次（cì）是優化生產工藝，降低成本消耗、縮短產品開發周期、適應快速變化的市場，走專業化的生存之路。隻（zhī）有這樣，才能使我們國家的（de）曲軸製造水平（píng）在國際市場中有更大的競爭力。