引言: 曲軸是內燃發動機中的（de）關（guān）鍵零件之一,也是內燃機中最難加工的工件之一。曲軸在發（fā）動（dòng）機（jī）中是將活塞（sāi）連杆的住複運動變（biàn）為旋轉運動, 其在工作過程中會不（bú）斷承受（shòu）很大的彎（wān）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（zhóu）的主要失效形式是軸頸磨損和疲勞斷裂, 因此對曲軸在（zài）生產製造環節強（qiáng）化（huà）工（gōng）藝技術和機械加工技術（shù）同樣都（dōu）有（yǒu）著更（gèng）高的要（yào）求。

      1 國內外曲軸加工技術的現（xiàn）狀

      目前車用發動機曲軸材質主要有球墨鑄鐵和鋼兩（liǎng）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（jiào）理想的結構形狀, 並且和鋼質曲軸（zhóu）一樣可以進行各種熱處理和表麵強化處理（lǐ）來提高曲軸的抗疲勞強度、硬度和耐磨性。所以球墨鑄鐵曲軸在國（guó）內外得到（dào）了廣泛（fàn）應用。據統計資料顯示, 車用發（fā）動機曲軸采用球墨鑄鐵材質的比例（lì）在美國為90%, 英國為85%, 日（rì）本為60%, 此外, 德國、比利時等國家也已經大批量采（cǎi）用。國內采用球（qiú）墨鑄（zhù）鐵曲軸的趨勢則更加明顯, 中（zhōng）小型功率柴油機曲軸85%以上采用球墨鑄鐵（tiě）, 而功率在160kW以上的發動機曲軸多采用鍛鋼曲軸。

      1.1 曲軸的強化工藝技術。目前（qián）國內外曲軸常見的強（qiáng）化（huà）工藝大致有如下幾種:

      氮化處理。氮化能提高（gāo）曲軸疲勞強度的20%~60%。

      噴（pēn）丸處理。曲軸經（jīng）噴丸處理後能提高疲勞強度20%~40%。圓角與軸頸（jǐng）同時感應（yīng）淬火處理（lǐ）。該強化方（fāng）式應用於球鐵曲軸時, 能（néng）提高疲勞強度20%, 而應用於鋼軸時, 則能提高l00%以上。

            複合強化（huà）處理。它是指應（yīng）用多種強化工藝對曲軸進行強化處（chù）理, 球（qiú）墨鑄鐵曲軸采用圓角該滾壓工藝與離子氮（dàn）化工藝結合使用, 可使整個曲軸的抗疲勞強度提高130%以上。

      1.2 曲軸的機械加工技術。曲軸主軸（zhóu）頸和（hé）連杆軸頸（jǐng）的粗（cū）加工、半精加工工藝和精加工工藝, 大體分為以下幾種:

      傳統的曲軸（zhóu）主軸頸及連杆軸頸的多刀車削工藝。生產效率和（hé）自動化程度相對較低。粗加工設備多采（cǎi）用多刀車床車削曲軸主軸頸（jǐng）及連杆（gǎn）軸頸（jǐng）, 工（gōng）序的質量穩定（dìng）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（cǎi）用曲軸磨床,通常靠手工操作, 加（jiā）工質量不穩定, 尺寸的一致性差。老式生產線的主要特點是普通設備（bèi）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（xù）和餘量（liàng）來提高（gāo）生產效率。

      數控車（chē）削工藝。數（shù）控車削設備價格相對便宜,不需要複雜的刀具, 但隻適合小批量生產。數控內銑銑削工藝。內銑設備價格較高, 刀具費用也（yě）很高, 但適（shì）合大批量生產（chǎn）。

      數（shù）控車—拉、數控車—車拉工藝。其突出優點是可對寬軸徑（jìng）進行分層加工, 切削效率高, 加工質量好（hǎo）, 但車拉（lā）刀具結構複雜, 技術含量高, 並且長期依靠進口, 好處是可集車—車拉工藝加工連杆軸頸要兩道工序於一起。

      CNC 高速外銑工藝。數控高（gāo）速外（wài）銑是20 世紀（jì）90 年代新興起來的一種新型加工工藝, 其適用（yòng）範圍（wéi）廣, 特別雙刀（dāo）盤數控高速（sù）外銑以其加工效率高、加工質量穩定、自動化水平高, 已成為當（dāng）前是曲軸主軸頸和連杆軸頸粗加工的發（fā）展方向。就比較而言, CNC 車—車拉工藝加（jiā）工連杆軸頸要（yào）二道工序, CNC高速外（wài）銑（xǐ）隻要一（yī）道工序就能完成, 切削速度高（gāo）( 目前最高可達（dá）350m/min) 、切削時間較短、工序循環時間較短、切（qiē）削力較小、工件溫升較（jiào）低、刀具壽命高、換刀次數少、加（jiā）工精（jīng）度更高、柔性更好。如德國BOEHRINGER 公司專（zhuān）為汽車發動機曲軸設計（jì）製造的柔性的高速隨動數控外銑床（chuáng）VDF315 OM- 4 型, 該設備應用工件回轉（zhuǎn）和銑刀進給伺服連動控製技術, 可（kě）以一次裝（zhuāng）夾不改變曲軸回轉中心隨動（dòng）跟蹤銑削曲軸的連杆軸頸。其采用一體化複（fù）合材料結構床身, 工件兩端電子同（tóng）步旋轉驅動（dòng）, 具有幹式（shì）切削、加工精度高、切削效率高等特點; 使（shǐ）用SIEMENS 840D CNC 控製係統, 設（shè）備操作說明書（shū）在人機界麵上, 通過輸入零件的基本參數即可自動生成加工程序, 可以加工長度450～700mm、回轉直徑在380mm以內的各種曲軸, 連杆軸（zhóu）頸直徑誤差僅為±0.02mm。

      數控曲軸磨削工藝。精加工使用數控磨床, 采用（yòng）靜壓主軸、靜壓（yā）導軌、靜壓進給絲杠( 砂輪頭架（jià）)和（hé）線性光柵閉（bì）環控製等控製裝置, 使各尺寸公差及形位公差得到可靠的保（bǎo）證, 精加工還廣泛使用數控砂帶拋光機進行超精加工, 經超精加工後的曲軸軸頸表（biǎo）麵粗糙度至少提高一級精度。如GF70M- T 曲軸磨床是（shì）日本TOYADA工機開發生產的專用曲軸磨床, 是為了滿足多品（pǐn）種、低成本、高精度、大批量生產需要而設計的（de）數控曲軸磨床。該磨床應用工件回轉（zhuǎn）和砂輪進給伺服聯動控製技術, 可以一次裝夾而不改變曲軸（zhóu）回轉中心即可完成所有軸頸的（de）磨（mó）削, 包括（kuò）隨動跟蹤磨削連杆軸頸;采用靜壓（yā）主軸、靜壓導軌、靜壓進給絲杠( 砂輪頭架) 和線性光（guāng）柵閉（bì）環控製, 使（shǐ）用TOYADA 工機生產的GC50 CNC控製（zhì）係統（tǒng）, 磨削軸頸（jǐng）圓度精度可達到0.002mm; 采用CBN 砂輪, 磨削線速（sù）度高達120m/s, 配雙砂輪頭架, 磨削效率極高。

      2 國內外曲軸加工技術（shù）展（zhǎn）望

      美國、德國、日本等汽車（chē）工業（yè）發達（dá）國家都致力於（yú）開發綠色環（huán）保、高（gāo）性能發（fā）動機, 目（mù）前各個（gè）廠家采用發（fā）動機增（zēng）壓、擴（kuò）缸及提高轉速來提高功率的（de）方法, 使得曲軸各軸頸要在很高的比壓下高速轉動,發動（dòng）機正向著增壓、增壓中冷、大功率、高可靠性、低排放方向發展。曲軸作為（wéi）發動機的心髒, 正麵臨著安（ān）全性和可靠性的嚴峻挑戰, 傳統材料和製造工藝已無法（fǎ）滿足其功能要求, 市場對曲軸材質以及毛坯加工技術、精度、表麵粗糙度、熱處理和表麵強化、動（dòng）平衡等要求都十分嚴格。如果（guǒ）其中（zhōng）任何一個環節質量沒有得到（dào）保證, 則可嚴重影響曲軸的使用壽命和整機的可靠性。世（shì）界汽車工業發達國家對曲軸的加工十分重（chóng）視, 並不斷改進（jìn）曲軸加工工藝。隨著WTO的加入, 國內曲軸生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和技術, 以（yǐ）期提高產品的整體競爭（zhēng）力, 使（shǐ）得曲軸的製（zhì）造技術水平有了大幅提高, 特別是近5 年來發展更為迅猛。

      目前國內轎車曲軸生產線多為高（gāo）速柔性生產（chǎn）線FTL( Flexible Transfer Line) , 這種生產（chǎn）線的特點是不僅可以加工同係列曲軸, 而且還可加工變（biàn）型產品、換代（dài）產品和新產品, 真正具備柔性意義。為（wéi）進一步提高高速柔性生產（chǎn）線（xiàn）的生產效率（lǜ）, 更快的適應市場（chǎng）, FTL 未來（lái）發（fā）展是敏捷柔性生產線AFTL( Agile Flexible Transfer Line) 。

      其主要（yào）目的是: 滿足市場變化的（de）需求。不但（dàn）滿足當前產品的（de）要求, 還應（yīng）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“多品種、大中批量、高效率、低成本”的（de）生產（chǎn）需求。符合“精益生產”的原則。杜（dù）絕浪費, 用最（zuì）少投資、最（zuì）大回報謀取利潤。由於（yú）發動機曲軸自身結（jié）構的特殊性, 曲軸AFTL 應具備以下特（tè）點: 由高（gāo）速加工中（zhōng）心和高效專用機（jī）床( 含（hán）少量組合（hé）機床) 組成。按工藝流程排列機床並由自動輸送裝置連接, 采用柔性夾具和高效專用刀具生產。為防止關鍵工序設備故障造成全線停產, 可增設平行設備增補, 亦能滿足大批量生產的需（xū）要。

      結語

      發動機曲軸做（zuò）為發動機的核心部件, 其（qí）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, 做為裝備製造（zào）業大國, 我們要大力發展（zhǎn）裝備製（zhì）造業,逐步縮短國內外技術差距,加大技術投入力度,消化吸收國外先進製造技術, 不斷創新攻關尖端製造技術, 這對（duì）發展民族工業和對國民經（jīng）濟建設都具有非常重（chóng）要的意義。