引言: 

      曲軸是（shì）內燃發動機（jī）中的關鍵零件（jiàn）之一,也是內燃機中最難加工的工件之（zhī）一。曲軸在發動機中是將活塞連杆的住複運動（dòng）變為旋轉運動, 其在工作（zuò）過程中會不斷承受很大的彎曲應力和扭轉應力, 且受力情況異常複雜。所以對曲軸的抗拉強度、剛度、耐磨性、耐疲勞性以及衝擊韌性等都提出了更高的要求。曲軸的主要失效（xiào）形（xíng）式是軸頸磨損和疲勞斷裂, 因（yīn）此對曲軸在生產製造環節強化工（gōng）藝（yì）技術和機械加工技術同樣都有著更高的要求。

1 國（guó）內外曲軸加工（gōng）技（jì）術的現（xiàn）狀

      目前車用發動機曲軸材質主要有球墨鑄鐵（tiě）和鋼兩類。由於球墨鑄鐵曲軸成本隻有調質鋼曲軸成本的1/3 左右, 且球墨鑄鐵的切削性能良好, 可獲得較理想的結構形狀, 並且和鋼質曲軸一樣（yàng）可以進行各種熱處理和表（biǎo）麵強化處理來提高曲（qǔ）軸的抗疲勞強度、硬度和耐磨性。所以球墨鑄鐵曲軸在國內外（wài）得到了廣泛應用。據統計資料顯示, 車用發動（dòng）機曲軸采用球墨鑄鐵材質的比例在美國為90%, 英國為85%, 日本為60%, 此外, 德國、比利時等國家也已經（jīng）大批量采用。國內采（cǎi）用球墨鑄鐵曲軸的趨勢則更加明顯, 中小型功率柴油機曲軸85%以上采用球墨（mò）鑄鐵, 而功率在160kW以上的發動（dòng）機曲軸多采（cǎi）用鍛鋼曲軸。

1.1 曲軸的強化工藝技術（shù）。目前國內外曲軸常見的強化工藝（yì）大致有如下幾種:

      氮化處理。氮化能提（tí）高曲軸疲勞強度的20%~60%。

      噴丸處理。曲軸經噴丸處理（lǐ）後能提（tí）高疲勞強度20%~40%。

      圓（yuán）角與軸頸同時感應淬火（huǒ）處理。該強化方式應用於球鐵曲軸時, 能提高疲勞強度（dù）20%, 而應用於（yú）鋼軸時, 則能提高（gāo）l00%以上。

      圓角滾壓處理。球鐵曲軸經圓角該壓後壽命可提高120%~300%, 鋼軸經圓角液壓後壽命可提高70%~150%。曲軸圓角滾壓（yā）強化工藝主要包括曲軸圓角滾壓和曲軸滾壓校（xiào）正兩部分。在滾壓過程中, 由（yóu）伺（sì）服傳動係統控製曲軸旋轉的轉速和（hé）旋轉角度, 同（tóng）時由（yóu）液壓伺服控製係統控製液壓過程的壓力負載, 使每個（gè）主軸頸和連杆頸依次完成整個（gè）滾壓過（guò）程。對彎曲曲軸的校直（zhí）處理（lǐ）首先要檢測曲軸的彎曲變形數據即（jí）彎曲（qǔ）度的大小（xiǎo）和相位（wèi）方向, 然後用擺差傳感器檢測（cè）各主軸頸處的擺差, 繼而由專家（jiā）係統數據庫對擺差（chà）數據進行分析處理並給出校直方案, 即給出在某幾個主軸頸或連杆（gǎn）頸上的再施壓（yā）方案, 從而（ér）利用此施壓方案重新按壓產生新的變形來消除曲軸的彎曲。國外應用的圓角滾壓技術已相（xiàng）當先進, 可一次完成對所（suǒ）有圓角的滾（gǔn）壓, 且可做到主軸頸與連杆軸頸圓角的壓力不同, 同一連杆（gǎn）軸頸圓角在不同方（fāng）向（xiàng）上的壓（yā）力也可不同。這樣可經濟地達到最佳的滾壓效果（guǒ）, 最（zuì）大限度地提高曲軸的抗疲（pí）勞強（qiáng）度。經德國赫根塞特( HEGENSCHEID) 公司定, 球鐵曲軸經滾壓後壽命可增至100%～280%。

      複合（hé）強化處理。它是（shì）指應用多種強化工藝對曲軸進行（háng）強化處理, 球墨（mò）鑄鐵曲軸采用圓角該滾壓工藝與（yǔ）離子（zǐ）氮化工藝結合使用, 可使整個曲軸的抗疲勞強度提高（gāo）130%以上。

1.2 曲軸的（de）機械加（jiā）工技（jì）術。曲軸（zhóu）主（zhǔ）軸頸（jǐng）和連杆（gǎn）軸頸的（de）粗（cū）加工、半精加工工藝和精加工工藝, 大（dà）體分為以下幾種:

      傳（chuán）統的曲軸主軸頸及連杆軸頸的多（duō）刀車削工藝。生產效率和自動化程度相（xiàng）對較低。粗加工設備多采用多刀車床車削（xuē）曲軸主（zhǔ）軸（zhóu）頸及連杆軸頸, 工序的質量（liàng）穩定性差, 容易產生較大的內應力, 難以達到合理的加工餘量。一般精加工采用曲軸磨（mó）床,通常靠手工操作, 加工質量不穩定, 尺寸的一致性差。老式生（shēng）產線的主（zhǔ）要特點是普通設備多, 導致產品生產周期長、場地占（zhàn）用麵積大, 且完全（quán）是靠多台設備分解工序和餘量來提高生產效率。

      數控（kòng）車削工藝。數（shù）控車削設（shè）備價格（gé）相（xiàng）對便宜,不需要（yào）複雜的刀具, 但隻適合小批量生產。 

      數控內銑銑削工（gōng）藝。內銑設備價格較高, 刀具費用也很高, 但適合大批量（liàng）生產。 

      數控車—拉、數控車（chē）—車拉工藝（yì）。其突出優點（diǎn）是（shì）可對寬軸徑進行分層加工, 切削效率高, 加工質（zhì）量好, 但車拉刀具結構（gòu）複雜, 技術含量高, 並且長期依靠進口, 好（hǎo）處（chù）是可集車—車拉工藝加工連杆（gǎn）軸頸要兩道工序於（yú）一起。 

      CNC 高速外銑（xǐ）工藝。數控高速外銑是20 世紀90 年代新興起來的一（yī）種新型加工工藝（yì）, 其適用範圍廣, 特別雙刀（dāo）盤數控高速外銑以其加（jiā）工效率高、加工質量穩定、自（zì）動化（huà）水平高, 已成為當前（qián）是曲軸主軸頸和連杆軸頸粗加工的發展方向。就（jiù）比較而言, CNC 車—車拉工藝加工連杆軸頸要二道工序, CNC高速（sù）外銑隻要一道工序就能完成, 切削速度高( 目（mù）前最高可達350m/min) 、切削時間較（jiào）短（duǎn）、工序（xù）循環時（shí）間較短、切削力較小、工件溫（wēn）升較低、刀（dāo）具壽命高、換（huàn）刀次數少、加工精度更高、柔性更好。如德國BOEHRINGER 公（gōng）司專為汽車發動機曲軸設計製造的柔性（xìng）的高速隨動數控外銑床（chuáng）VDF315 OM- 4 型, 該設備應用工件回轉和銑刀進給伺（sì）服連動（dòng）控製技術, 可以一次裝夾不改變曲軸回轉中心隨動跟蹤銑削曲軸的連杆軸頸。其采（cǎi）用一體化複合材料結構床身, 工件兩端電子同步旋轉驅動, 具有幹式切（qiē）削、加工精度高、切削效率（lǜ）高等特（tè）點; 使用SIEMENS 840D CNC 控製係統, 設備操作說明書在人機界麵上, 通過輸入零件的基（jī）本參數即可自動（dòng）生成加工程序, 可以加工長度450～700mm、回（huí）轉直徑在380mm以內的各種曲軸, 連杆軸頸直徑誤差僅為（wéi）±0.02mm。

      數控曲軸磨削工藝。精加工使用數控磨床, 采用靜壓主軸、靜（jìng）壓導軌、靜壓進給絲杠( 砂輪頭架)和線性光柵閉環控製等控（kòng）製裝置, 使各（gè）尺寸公差及形位公差（chà）得到可靠（kào）的保證, 精加工還廣泛使用數控砂帶（dài）拋光機進行（háng）超（chāo）精加工, 經超精加工後的曲軸軸頸表麵粗糙度至少提（tí）高一級精（jīng）度。如GF70M- T 曲軸磨（mó）床是（shì）日本TOYADA工機開發（fā）生產的專用曲軸磨床, 是為了（le）滿足多品種、低成本、高精（jīng）度、大批量生產需要而設計的（de）數控曲軸磨床。該（gāi）磨床應用（yòng）工件（jiàn）回轉和砂輪進給伺服聯動控（kòng）製技術, 可以一次裝夾（jiá）而不改變曲軸回轉中心即可完成所有軸頸（jǐng）的磨削, 包（bāo）括（kuò）隨動跟蹤磨（mó）削連（lián）杆（gǎn）軸頸;采用（yòng）靜壓主軸（zhóu）、靜壓導軌、靜壓進給絲杠( 砂輪頭架) 和線性（xìng）光柵閉環控（kòng）製, 使（shǐ）用（yòng）TOYADA 工機（jī）生產的GC50 CNC控製係統, 磨削軸頸圓（yuán）度精度可達到0.002mm; 采用CBN 砂輪, 磨削線速度（dù）高達120m/s, 配雙砂輪頭架, 磨削效率極高。

2 國內外曲軸加工技術展望

      美國、德國（guó）、日（rì）本等（děng）汽車工業發達國（guó）家都（dōu）致力（lì）於開發綠色環保、高性能發動機, 目前各個廠家采用發動機增壓、擴缸（gāng）及提高轉速來提高（gāo）功率的方法, 使得曲軸各軸頸要在很高的比壓下高速轉動,發動機正向著增壓（yā）、增壓中冷、大（dà）功率、高可靠性、低排放方向（xiàng）發展。曲（qǔ）軸作為發動機的心髒, 正麵臨著安全性（xìng）和可靠性（xìng）的嚴峻挑戰, 傳統材料和製造工藝已無法滿足（zú）其功能要求, 市（shì）場對曲軸材（cái）質以及毛坯加工技術、精度、表麵粗糙度、熱處（chù）理和表麵強化、動平衡等要求都十分嚴格。如果其中任何一個環（huán）節質量沒有得到保證, 則可嚴重影響曲軸的使用壽命（mìng）和整機的可靠性。世界汽車工業發達國（guó）家對曲（qǔ）軸（zhóu）的加工十分重視, 並不（bú）斷改進曲軸加工工藝。隨著WTO的加入, 國內（nèi）曲軸（zhóu）生（shēng）產廠家已經意識到形勢的緊迫性, 引進了為數不少的先進設備（bèi）和技術, 以期提高（gāo）產品的整（zhěng）體競爭力, 使得曲軸的製造技術水平有了大幅提（tí）高（gāo）, 特別是（shì）近5 年（nián）來（lái）發展更為迅猛。

      目前國內轎車曲軸（zhóu）生產線多為高速柔性生產線FTL( Flexible Transfer Line) , 這（zhè）種生產（chǎn）線的特點是不僅可（kě）以加工同係列曲軸, 而且（qiě）還可加工變型產品、換代產品和新產品, 真正具備柔性意義。為進一步提（tí）高（gāo）高速柔性生產線的（de）生產效率（lǜ）, 更快的適應市場, FTL 未來發展是敏捷柔性生產（chǎn）線AFTL( Agile Flexible Transfer Line) 。

      其主要目的是: 滿足（zú）市場變化（huà）的需求。不（bú）但滿足當前產（chǎn）品的要求, 還應考慮未來市場需求。滿足生產方式的需求。能滿足現代發動機“多（duō）品種、大中（zhōng）批量、高效（xiào）率、低成本”的生產（chǎn）需求。符合“精益生產（chǎn）”的（de）原則。杜絕浪費, 用最少投資、最大回報謀取利潤。由於發動機曲軸自身結（jié）構的特殊性, 曲軸AFTL 應具備以下特點: 由高速加工中心和高效專用機床（chuáng）( 含少量組合機（jī）床) 組成。按（àn）工藝流程排列機床並（bìng）由自動輸送裝置連接, 采用柔性夾具和高效專用（yòng）刀具生產。為防止關鍵工序設備故障造成全（quán）線停產, 可（kě）增（zēng）設平行設備增（zēng）補, 亦能滿（mǎn）足大批量生產的需要。

      發（fā）動機曲軸做為發動機（jī）的核心部件, 其製造水平直接反映（yìng）著一個國家的裝備製造業水平的發展狀況, 做為裝備（bèi）製造業大國, 我們要大力發展裝備製造業,逐步縮短國內外技術差距,加大技術（shù）投入力度,消化吸收（shōu）國外先進製造技術, 不斷創新攻關尖端製造（zào）技術（shù）, 這對發展民族工業和對國民經濟建設都具有非常重要的意義。