隨著中國汽車製造業高（gāo）速發展，對曲軸零部件的需求量也逐年增高，這使得近幾年來大量的資金（jīn）投向了曲軸加工（gōng）行業（yè）。曲軸作為主要承力部件，它承受的載荷很（hěn）大且受力情況（kuàng）複雜。這就要求曲軸有較高的強度、抗疲勞性和較高的加工精度，才能夠（gòu）保證在複雜載（zǎi）荷作用下長時間的工作（zuò）。目前，國內（nèi）曲軸市場（chǎng）的總需求量（liàng）大概每年在３０００萬隻左右（主要指汽車市（shì）場），絕大部分都是采用鍛造生（shēng）產（chǎn）工藝。隨著發動機（jī）技術的不斷（duàn）提高（gāo），對曲軸生產工藝的要求也越來越（yuè）高，為了滿足不斷提高的（de）技術要求以及複雜的使用環境，越來越多的新技術、新工藝、新裝備正應用於（yú）曲軸鍛造業。

      １　曲軸（zhóu）的分類和（hé）模鍛工藝特點

      和其他鍛件產品相比，曲軸鍛件一般被（bèi）認為是較為複雜的鍛件類型（xíng）之一（yī），鍛造工藝難度較高，為了保證產品的質量要求，需（xū）要通過多種工序才能完成（chéng）。由於其結構具有類似性（xìng），典型的工藝路線為：下（xià）料—－加熱－輥鍛製坯－—壓扁－預鍛－終鍛－切邊－扭擰－—熱精整－懸（xuán）掛控溫冷卻－—正火＋調質－—校直－去應力－噴丸－—探傷—－防鏽—－檢驗入庫。

      根（gēn）據曲軸鍛造工藝的不同可以（yǐ）分為以下幾種類型。

      （1）水平分模直（zhí）接成形曲軸（zhóu）（圖１）。主要包括：單缸、雙缸、四缸、六（liù）缸（gāng）曲軸等。大部分應用於乘用車的直（zhí）列發動（dòng）機上，其連杆頸呈１８０°分布，全部采用非（fēi）調質鋼材料，鍛造工（gōng）藝相對簡單。主要采用８００００ｋＮ及以（yǐ）下的設備鍛（duàn）打，對（duì）於更小型的（de）轎車曲軸，常采（cǎi）用帶有步進梁結構的自動化線（xiàn）進行大批量生產。通常采用（yòng）：加熱－預鍛（duàn）－終（zhōng）鍛－切邊（biān）的模鍛工藝，一般（bān）不需要製坯工序，在切邊的同時完成熱精整。

      （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曲軸也采用這種工藝成形，主要（yào）應用（yòng）於２００馬力以上的重型發動機上，連杆（gǎn）頸一般呈９０°，７２°和１２０°分布［１］。這一類型的（de）曲軸需要在２５０ｋＪ以上的設備（bèi）上完成。國內目前擁有多條（tiáo）該（gāi）類型產品的自動線，需要（yào）單獨（dú）的製坯和精整設備。國內部分企業采用非調質鋼材料。

      （３）水平分模扭曲成（chéng）形曲軸（zhóu）。主要是指帶有（yǒu）全平衡（héng）塊結構的六缸１２平衡塊曲軸、Ｖ８、Ｖ１０曲軸等。這種類型的曲軸如果采用曲麵直接成形工（gōng）藝，會造成鍛件局部餘量較大、鍛造工藝（yì）性較差、鍛模壽命低等缺陷，一些Ｖ８、Ｖ１０曲軸甚至需要改變平衡（héng）塊形狀（zhuàng），從而導致嚴重（chóng）的動平衡問題。因此，采（cǎi）用直接鍛（duàn）造＋扭曲成形技術是這一類型產（chǎn）品最理想的生產工藝。該產品的主要工藝難點在於扭曲和（hé）精整（zhěng）工藝的合理設計。其中，以六缸曲軸的扭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，其扭曲設備的結構也（yě）比較複雜，目前國內還沒有五缸曲軸扭曲（qǔ）工藝及成形設備，一般要綜合采用多台（tái）設備來完成。國外（wài）一些鍛（duàn）造企業可以在一（yī）台設備上完成扭曲和熱精（jīng）整兩個工序，在節約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（mó）扭曲成形曲軸（圖４）。這種類型（xíng）的曲軸較為少見，一般應用（yòng）於（yú）高速發動機上，到目前還沒有看到有國內企業生產。這種產品也稱（chēng）為錯拐曲軸（zhóu），即兩個連杆頸之間通過一個（gè）平衡塊（kuài）相連，３個曲柄和（hé）兩個連杆頸組成一個單元，一個曲軸一般有３個單元組成，互呈１２０°，兩個連杆頸之間的夾角為３０°，或者是６０°。由於特殊的使用環境，其對鍛造（zào）工藝的精度要求非常高，因此鍛造工（gōng）藝也最（zuì）為複雜，一般采用普通的分模方式無法鍛造（zào）成形，通過分析，這種產品可以通過曲麵分模和扭曲成形相結合的方式實現。但（dàn）模具結構非常複雜，尤其是（shì）扭曲和熱精（jīng）整模具。通常可在（zài）６３０００ｋＮ熱模鍛壓力機上完成鍛造和切邊，然後在８０００ｋＮ雙工位液壓機上來完成扭曲和熱精（jīng）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（yì）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（chǎn）線、模鍛錘生產線以及螺旋壓力機（jī）生產線等３種類型。其中，電動螺旋壓力機曲軸鍛造技術是近（jìn）幾年來的一（yī）個新的發展方向。

      ２．１　模鍛錘生（shēng）產線

      模（mó）鍛錘生產線（xiàn）又可分為蒸空（kōng）氣鍛錘、程（chéng）控電液錘以及電液對擊錘３種類（lèi）型。其（qí）中，蒸空氣鍛錘生產線由於效率低下，勞動（dòng）強度大，汙染嚴重，能源消耗大，生產成（chéng）本高，鍛件公（gōng）差、餘量、出（chū）模斜度大，鍛件精度（dù）低等（děng）缺點，已經難以滿足現代發動機對曲軸加工方麵的（de）需求，因此（cǐ），采用蒸空氣鍛錘生產的曲軸將越來越少。隨著電液技術（shù）以及（jí）自動化技術在鍛造設備上的廣泛（fàn）應用，也有部分企業采用電（diàn）液錘設備來（lái）生產大（dà）型的（de）曲（qǔ）軸。尤其是鍛重在２５０ｋｇ以上的大型曲軸，仍（réng）然需要在４００ｋＪ的程控（kòng）電液錘或者是（shì）４０ｔ·ｍ 及以上（shàng）噸位的電液對擊錘設備（bèi）上生產，據了（le）解國外有不（bú）少企業仍然在采用對擊錘設（shè）備生產大型的曲軸鍛件。我國目前在這一類型的鍛造設備上仍有投資的空間［３］。

      ２．２　鍛壓機生產線

      近幾年（nián），隨著曲軸市場需求的不斷擴大，對曲軸鍛件質量的（de）要求也日益提高。由於熱模鍛壓力機上模鍛（duàn）曲軸（zhóu）件具有加工餘量小、鍛件精（jīng）度高、質量穩（wěn）定、可以自（zì）動（dòng）化生產、工人勞動強度低、對周圍環境汙染小等特點，受到越來越多的曲軸鍛造企業的青睞。２００５～２０１０年，我國分別從俄羅斯、德國、日本等國家（jiā）引進十多條大型的曲軸自動化生產線，其中部分采用了韓國、日（rì）本的步進（jìn）梁技術。但（dàn）是，由於這一類型的設備一（yī）次性投資較（jiào）大，設備結構複雜、維修不便、維修費用高、電氣電（diàn）子元件需要檢修調整、要求工人素質高，同時具有設備行程固定、有燜車可能等特點，目前這一類型（xíng）的設備主要還是（shì）集中在大型國有企業中。典型的鍛壓機生產（chǎn）線的設備（bèi）組（zǔ）成如圖５所示［４－６］。

      ２．３　電動螺旋壓力機生產線

      近兩年，電動螺旋壓力（lì）機在我國的曲軸鍛造行業得到了快速發展，目前國內大都采用德國（guó）米勒萬家頓公司生產的（de）ＰＺＳ係列的電動螺旋（xuán）壓力機來生產各種類（lèi）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、不會產生燜車現象、可（kě）以實現多次打擊、輸出能量可控、設備整體結構簡單（dān）、維修方便、鍛件精度較高等優點，非常適合於大型曲軸的鍛造。特別是在鍛打一（yī）些小批量、大變形、大截麵、平衡塊高深比相對較大的曲軸鍛件時優勢（shì）較為明顯。

      ３　新技術在曲軸鍛造生產（chǎn）中的（de）應用

      ３．１　半閉式模鍛（duàn）工藝技術的應用

      目前，國內曲（qǔ）軸市場已經出現產能（néng）過剩的跡象，曲軸鍛件的市場競爭日益加劇。現階段，降成本成為許多企業最緊迫的事情。隨之而來的越來越多的新技術、新工藝開始（shǐ）應用於（yú）曲軸的（de）生產過程中。半閉式（shì）模鍛工藝（yì）是近年來應（yīng）用較多的一種新的技術（shù）。其主要是借鑒了擠壓工藝的原理，將曲軸的開式（shì）模鍛工藝通過適當的改進（jìn）模（mó）具結構轉化為閉式鍛造的一（yī）種新型技術。它（tā）介於開式模鍛與（yǔ）閉式模鍛之間，其關鍵是通過改變鍛模的橋部結（jié）構（圖６），實現（xiàn）金屬在半封閉的模具型腔中擠壓成形，從而（ér）將鍛件開式模鍛（duàn）轉化為閉式（shì）擠壓模鍛，實現小飛邊鍛造，最大程度上提高材料利用率、降低生產成本。

      采用半（bàn）閉式模鍛工藝，由於增（zēng）加了型腔（qiāng）壓力，有利於成形複雜鍛件，特（tè）別是高深比大的鍛件成形，對（duì）提高鍛件充滿（mǎn）程度較為明顯，也降低了曲軸的焊補（bǔ）率。由於半（bàn）閉式模鍛工藝中存在阻力牆結構，也可以提高鍛件水平方向的精度，減小錯移誤差。國外的鍛造企業很早就開始采用這種工藝生（shēng）產曲軸，雖然（rán）我們國家這幾年引進了不（bú）少（shǎo）先進的鍛壓設備，但是在工藝研發（fā）方麵和國外還有很大的差距。許多（duō）企業還是停留在重設備、輕技術的層麵上。有了好的設備，並不意味著能（néng）夠生產出好的產品，隻有做好技術（shù）上的提高，才能成為（wéi）市場競爭（zhēng）中的優勝者。

      ３．２　曲軸鍛造的自動化生產

      ３．２．１　自（zì）動化生產線

      鍛造自動化生產線技（jì）術通常是指以工業機器人為核心單元，以信息技術和（hé）網絡技術為媒介，以ｐｒｏｆｉｂｕｓ現場（chǎng）總線控製技術為通信手段，將所有設備連接到一起而形成的大型自動化生產線。能夠實現設備單元的自動化、生產工序過程自（zì）動化、管理自動化、基於ＷＥＢ技術（shù）的工廠安全過程監控係統自動化以及故（gù）障診斷係統（tǒng）自動化（huà）等（děng）。其核心是設備單（dān）元自動化和過程自動化（huà）。它是鍛造企業先進製造技術應用的典型代表，是發展先進製造技術實現鍛造生產線的數字化、網絡化和智能化的重要（yào）手段（duàn）［４－５］，目前已成為（wéi）國內外鍛造企業極力發展的高新技術應用領域。

      自動化生產線的設計要求是生產穩定、設備電控能正常工作、工藝合理、多機配合協調、綜合經濟效益高，達到優質、高產、低耗的目的。在整個生產線設計過程中，前期工藝分析尤為關鍵，生產線工藝方案的製定，關係到設備選型、經（jīng）濟效益、生（shēng）產能力、廠房（fáng）建設、能源供應、設備平麵布置（zhì）、操作方式等一係列的方案的實施，是項目成功與否的關（guān）鍵所在［４］。因（yīn）此，鍛造生（shēng）產（chǎn）線的自動化控製技術的應用，既包含機械電子以及自動控製技術，還涉及對製造工藝的熟練程度。目前，我國從事這方（fāng）麵的（de）專（zhuān）業技（jì）術人員非常少，也沒有專業性的企業從（cóng）事這方麵的研究，這也是和國（guó）外（wài）差距最明顯的地（dì）方。

      ３．２．２　新型設備和（hé）工藝的適應性

      從自動化設備的發展趨勢來看，以熱模鍛壓力機為主的自動線，在（zài）生產大批量的曲軸類產（chǎn）品的生產中，優勢較（jiào）為明顯。但是，該類型的（de）產品（pǐn）的設備（bèi）維（wéi）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（gōng）藝的技術特點以（yǐ）及工藝要求。在其他如扭曲、切（qiē）邊、校正等一些（xiē）曲軸鍛件的典型生產工序上，隨著新（xīn）型鍛壓設備的不斷發展，原來（lái）那種每個工序分（fèn）別（bié）由不同設備來實現的生產方式，現在可以在一台設備（bèi）上完成多個（gè）工序的生產，在（zài）節約設（shè）備的同時，也相應的（de）縮短了（le）工序（xù）之間（jiān）的傳遞時間，因此，更能體現出自動化生產的優越性。如國外的有些設（shè）備已經可以實現扭曲（qǔ）＋校正工序的（de）自動化生產。而切邊＋校正工序也可以通過複合工藝在單一設備上完成。

      隨著國內液壓機技術的日益完善，同（tóng）時其又具有良好的經濟性、工藝適應性強等優點，正越來越多的被應用於大型的（de）曲軸鍛造自動線上，但是（shì）曲柄壓力機仍然作為主導（dǎo）產品服務於鍛造業（yè）。現在，也出現了同時帶有保壓功能的曲柄（bǐng）壓力機，在實現切邊功（gōng）能的同時對鍛件進行精整（zhěng）校（xiào）直（zhí），這種和工藝結合緊密的新型鍛（duàn）壓設備將會得到廣泛的應用。

      ３．３　曲軸的低能耗製造

      在原材料應用方麵，目前（qián）更多的碳鋼、合金鋼鍛件被微合金鋼（gāng）、鋁合金及鎂合金所代替。國（guó）外（wài）很多年以前就（jiù）實現了曲軸材料的１００％非調（diào）質鋼（gāng）化［７］。我國由於標準等方麵的不同，至今仍有相當數量的曲軸（zhóu）采用（yòng）調質（zhì）材料生產，既浪費了能源，又增加了生產成本。從上（shàng）遊企業來看，在微合金鋼原材料方麵的技術研發上，我們仍然需要提高。

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

      這樣（yàng）既（jì）可（kě）以節（jiē）省能源，也可以減小設備投資、減少生產工序、降低生產成本、縮短（duǎn）生產周期（qī）。在車間廠房建設方麵，越來越多（duō）的企業（yè）建立了隔音的生（shēng）產廠房，避免了對周圍環（huán）境的噪聲汙染；在車間內部，通過增加（jiā）設備（bèi）減震裝置、添加隔音溝槽（cáo）等（děng）多種措施進行（háng）降噪（zào）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（dī）了對車間人員的身體（tǐ）危害［８］。

      ３．４　聯（lián）合創新（xīn）技術（shù）的發展

      在產品工藝研（yán）發（fā）上（shàng），國外的企業和科研院所之（zhī）間（jiān）的結合非常緊密，許多大型（xíng）的鍛造企業（yè），都有自己的聯合技術（shù）研究（jiū）室，專門用於新工（gōng）藝新技術（shù）的研（yán）究，真正的形成了產學研結合的模式。雖然我國有眾多的研究所（suǒ）和大專（zhuān）院校，但能夠和企業成立聯（lián）合技術研究所的不多，國外的零部件企業已（yǐ）經實現了和整車廠商的產品上的同步開發，很值得國內（nèi）的企業借（jiè）鑒。現在的鍛造企業要想適應多變的市場需求（qiú），和整車廠產品的（de）同步開發是今後企業必須要麵（miàn）對（duì）的問題。

      ３．５　計算機輔助技術的應用

      隨著製造業全球化的日益加快，在帶來更多機遇的同時，也加（jiā）劇了（le）市場競爭，而客戶對產品的質量及生（shēng）產周期的要求越來越高。因（yīn）此，傳統的生產（chǎn）工藝已經不能滿足市場的要求，這就要求企業（yè）向著產品設計（jì）的數字化、鍛造生產的數字化、管（guǎn）理的數字化方向發展。對於曲軸類產品而言（yán），新的製造技術在不（bú）斷發展變化的同（tóng）時，計（jì）算機輔助技（jì）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（tú）及工裝圖的設計開發變成了３Ｄ的（de）直接建模，傳統的車削加工全部被數控技術代替。其次（cì），隨著有（yǒu）限（xiàn）元技術的（de）廣泛應用（yòng）， 一些專用軟（ruǎn）件如ＤＥＦＯＲＭ、Ｑｆｏｒｍ、ＦＯＲＧＥ、ＶｅｒａＣＡＤ等ＣＡＥ鍛造（zào）模擬技術開始更（gèng）多的被鍛造企業采用（圖７），從而可以使設計人員在計算機中完成產品設（shè）計的優化及修訂工作。既減少了試模的時間，也縮短了產品（pǐn）的開發周期。同時，一些特殊（shū）的（de）製造技術也開始應用於鍛造業，如快速成形技術，逆向工程及ＣＡＴ技術。

      ４　結語

      從傳統的觀點來看，鍛造行業實際（jì）上是一個沒有自我產品研發的（de）外包產業（yè），其在產業鏈中所（suǒ）處的位置不斷的被上下遊企業所侵蝕。因此，要（yào）想實現整（zhěng）個行（háng）業的長久（jiǔ）發展，首先（xiān）要重點做好技術（shù）的（de）研發和（hé）創新（xīn），在引進國外先進技術的基礎上要不斷的（de）消（xiāo）化吸收再創新；其（qí）次（cì）是（shì）優化生產工藝，降低成本消耗、縮短產品開（kāi）發周期、適（shì）應快速變化（huà）的市場（chǎng），走專業化的生存之路。隻（zhī）有這樣（yàng），才能使我們國家的曲軸製造水平在（zài）國際市場中有更大的競爭力。