發動（dòng）機曲（qǔ）軸製造技術進展與未來
2013-5-16 來源： 作者（zhě）：
曲軸是發動機中承受（shòu）衝擊載荷、傳遞動力的重要零件，在發動機五大件中最難以保證加工質量。由於曲軸工作條件惡劣，因此對曲軸材（cái）質以及毛坯（pī）加工技術、精度、表（biǎo）麵粗糙度、熱處（chù）理和表麵強化、動平衡等要求（qiú）都十分嚴格。如果其中任何一個環節質量沒有得到保證，則可嚴重影響曲軸的使用壽（shòu）命和整機的可靠性。世界汽車工業（yè）發達國家對曲軸（zhóu）的加工十分重視，並不斷改進曲軸加工（gōng）工藝。隨著WTO的加（jiā）入，國內（nèi）曲軸生產廠家已經意識到形（xíng）勢（shì）的緊迫性，引進了為數不少的先進設備（bèi）和技術，以期提高產（chǎn）品的整（zhěng）體競爭力，使得曲軸的製造技（jì）術水平有了大幅提高，特別是（shì）近5年來發展更（gèng）為迅猛。
目前車用發動（dòng）機曲軸材質有球墨（mò）鑄鐵和鋼兩類。由於球墨鑄鐵的切（qiē）削（xuē）性能良（liáng）好，可獲得較理（lǐ）想的結構形狀，並（bìng）且和鋼（gāng）質曲軸一樣可以（yǐ）進行各種熱處（chù）理和表麵強化處理來提高曲軸的抗疲勞強度、硬度和耐磨性。球墨鑄（zhù）鐵曲軸成本隻有調（diào）質鋼曲軸成本（běn）的（de）1/3左右，所以球墨鑄鐵曲軸（zhóu）在國內外得到了廣泛應用。統計資料表明，車用發動（dòng）機曲軸采用球墨鑄鐵材質的（de）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大批量（liàng）采用。國（guó）內采（cǎi）用球墨鑄鐵（tiě）曲軸（zhóu）的趨勢則更加明（míng）顯，中小型功率柴油機曲軸85%以上采用球墨鑄鐵，功率在160kW以上的發（fā）動機曲軸多采用鍛鋼曲軸。
曲軸製造技術/工藝的（de）進展
1.球墨（mò）鑄鐵曲軸毛坯鑄造技術
球墨鑄鐵曲軸的生產繼QT800-2、QT900-2等幾種牌（pái）號後，廣西玉柴等經過攻關已能（néng）穩定生產QT800-6牌號的曲軸，為曲軸（zhóu）“以鐵代鋼”奠定了基礎。
熔煉高溫低硫純淨鐵水的獲得是（shì）生產高質量（liàng）球墨鑄（zhù）鐵的關鍵。國內（nèi）主要是以衝天爐（lú）為主的生產設備，鐵水（shuǐ）未進（jìn）行預脫硫處理；其次是高純生（shēng）鐵少、焦（jiāo）炭質量差。目前已采用雙聯（lián）外加預脫硫（liú）的熔煉（liàn）方法，采用（yòng）衝（chōng）天（tiān）爐熔化鐵水，經爐外脫硫，然後（hòu）在感（gǎn）應電爐中升溫並調整成分。目前（qián），在國內鐵水成分的檢測已普遍采用真空直讀光譜儀來進行。
造型氣流衝擊造型工藝明顯優於粘土砂（shā）型工藝，可（kě）獲得高精度的（de）曲（qǔ）軸鑄件，該工藝製作的砂（shā）型具有無反彈變形（xíng）量等特點，這對於多拐曲軸尤為重要。目前，國內已有一些曲軸生產廠家從德（dé）國、意大（dà）利、西班牙等國（guó）引（yǐn）進氣流衝擊造型工藝，不（bú）過，引進（jìn）整條生產線的隻有極少數廠家，如文登天潤曲軸有（yǒu）限公司引進了德國KW鑄造生產線。
2.鋼曲軸毛坯的鍛造技術
近幾年（nián）來，國內已引進了一批先（xiān）進的（de）鍛造設備，但由（yóu）於數量少，加之（zhī）模具製造技術和其他一些設施跟不（bú）上，使一部分先進設備未發揮應有的作用。從（cóng）總（zǒng）體上來講，需改造和更（gèng）新的陳舊的普通鍛造設備多，同時（shí），落後的工藝和設備仍占據主導地位，先進（jìn）技術（shù）有所應（yīng）用但還不（bú）普遍。
3.機械加工技術
目前國內曲軸生產線多數由普通機床和專用（yòng）機床組（zǔ）成，生產效率和自動化程度（dù）相對較低。粗加工設備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工（gōng）序的質量穩定（dìng）性差，容易產生較（jiào）大的內應力，難以達到合理的加工餘量。一般精（jīng）加工采用MQ8260等曲軸磨床（chuáng）粗（cū）磨-半精磨-精磨-拋光，通常靠手工操作，加工質量不（bú）穩定。
隨著貿易全球化的到（dào）來，各廠家已（yǐ）意識到了形勢的嚴峻性，紛紛進行技術改造，全力提升企業的競爭力，近（jìn）年來引進了許（xǔ）多先進設備和技術，進展速度很快。就目前狀況來講，這些設備和技術基本依賴進口。下麵就哈爾濱（bīn）東安（ān）動（dòng）力、一汽大柴（chái）、文登天潤曲軸、濱州海（hǎi）得曲軸（zhóu）等公司的情（qíng）況作以介紹。
哈爾濱東安集團曲軸生產線為全自動柔性流水生產線（xiàn），粗加工生產線由德國的專（zhuān）機自動線(LINDENMAIER)、數控車-車拉、數控（kòng）高速隨動外銑（xǐ）(BOEHRINGER)、圓角滾壓機（jī）(HEGENSCHEIDT-MFD)和止推麵車滾專（zhuān）機、淬火機(EMA)等組成；精加工生產線由日（rì）本的數控高速CBN磨床(TOYODA)、動平衡機、拋光機(IMPCO-NACHI)、檢測（cè）機、清洗機等組成。
連杆軸頸加工則采用了數控（kòng）高速隨動加工技術，全線采用（yòng）高速CBN砂輪磨削技術，磨削線速度達到120m/s。
文登天潤曲軸通過引進德、美、意等發達國家的先進設備，組建（jiàn）了具有當今國際先進水平的大型曲軸（zhóu）生產基地，由CBN磨床、HAAS立式和臥式加工中（zhōng）心、意大利SAIMP磨床、德國HELLER曲軸內銑床和SA-FINA拋光機等設備組成的機加工生產線已經開始（shǐ）大批量生產。
一汽大（dà）柴曲軸生產線粗、精加工工（gōng）序位於不同的車間，從而（ér）保證了精加工車間的清（qīng）潔。粗加工（gōng）有曲軸質量定心機、數控內銑（xǐ）床等設（shè）備，精（jīng）加（jiā）工設備由英國LANDIS、日本TOYADA數控曲（qǔ）軸磨床等進口先進設備組成。
濱州海得曲軸經過技術改造，組（zǔ）建了數控曲軸機加工生產線，粗（cū）加工（gōng）設備由數控車床、數控曲軸銑床等（děng）設備組（zǔ）成，精加工設備由數控磨床、數控砂帶（dài）拋光機、滾磨光整機等設（shè）備組成，近期準備購進日本TOYADA工機數控磨床等關鍵設備，檢驗設備有美國ADCOLE曲軸三坐標測量機、粗糙度儀等組成。值得一提的是，海得曲軸公司在全國專業（yè）曲軸生產廠家中率先應用了（le）球墨鑄鐵曲軸（zhóu）圓角滾（gǔn）壓和滾磨光整新技術（shù），取得了良好的經濟效益和社（shè）會效益。
可以看出，發動機曲（qǔ）軸製造技術進展最（zuì）為迅速的是機械（xiè）加工裝備，比較（jiào）典型的加工工藝是銑削和磨削。下麵簡要介紹GF70M-T曲軸磨（mó）床和VDF 315 OM-4高（gāo）速隨動外銑床，其先進程度可見一斑：
GF70M-T曲軸磨床是日本TOYADA工機開（kāi）發生產的專用曲軸磨床，是為（wéi）了滿足多品種、低（dī）成本、高精度、大（dà）批量生（shēng）產需要而設計的數控曲軸磨床。該磨床應用工件（jiàn）回轉（zhuǎn）和砂輪進給伺服聯動控製技術，可以一次裝夾（jiá）而不改變曲軸回轉中心即可（kě）完成（chéng）所有軸頸的磨削（xuē），包（bāo）括隨（suí）動（dòng）跟蹤磨削連杆軸頸；采用靜壓主軸、靜壓導軌、靜壓進給（gěi）絲杠（gàng）(砂輪頭架)和線（xiàn）性光柵閉環控製（zhì），使用TOYADA工機生產的GC50 CNC控製係統，磨削軸頸圓度精度可達到0.002mm；采用CBN砂輪，磨削線速度高達120m/s，配雙砂輪頭架，磨削效率極高。
VDF 315 OM-4高速隨動外銑床是德（dé）國BOEHRINGER公司專為汽車（chē）發動機曲軸設計製造的柔性數控（kòng）銑床，該設（shè）備應用工件回轉和銑刀進給伺服（fú）連動控製（zhì）技術，可以一次裝夾不改變曲軸回轉中心（xīn）隨動跟蹤銑削曲軸的連杆軸（zhóu）頸。VDF 315 OM-4高速隨動外銑采用一體化複合材料結構床身，工件（jiàn）兩端（duān）電子同步旋轉驅動，具有（yǒu）幹式切削、加工精度高、切削效率（lǜ）高等特點；使用SIEMENS 840D CNC控製係統，設備操作說明書在人機界麵上，通過輸入零件的基本參（cān）數即可自動生成（chéng）加工程序，可以加工長度450～700mm、回轉直（zhí）徑在380mm以內的各種曲（qǔ）軸，連杆軸頸直徑誤差為±0.02mm。
4.熱處理（lǐ）和表麵強化處理技術
曲軸的熱處（chù）理關鍵技術是表麵強化（huà）處理。球墨鑄鐵曲軸一般均（jun1）采用（yòng）正火處理，為（wéi）表麵處理做好組織準備，表麵強化處理（lǐ）一般采用感應淬火或氮化工藝。鍛鋼曲（qǔ）軸則采用軸頸與圓角淬火（huǒ）工（gōng）藝。引進的設備有AEG全自動曲軸淬火機床、EMA淬火機床等。
據國外資料介紹，球墨鑄鐵曲（qǔ）軸采用圓角滾（gǔn）壓工藝與離子氮（dàn）化結（jié）合（hé）使用（yòng）進行複合強化，可使整條曲軸的抗疲勞強度提高130%以上（shàng）。國內部分廠家近幾年也進行了這方麵的實踐，取得了良好的效果。
曲軸圓角滾壓加（jiā）工方麵，德國赫根塞特(HEGENSCHEIDT-MFD AUTOMATIC)生產的機床應（yīng）用了變壓力滾壓和矯正專利技術，是比較好的圓角滾壓設備，但價（jià）格昂貴。目前國內在這方麵的研究也有了一定的成果，東（dōng）風汽車有限公司工（gōng）藝研究所的“曲軸圓角滾壓強化（huà）與滾壓校直技術研究開發（fā）及應用”解決了國內（nèi）企業化巨資引進國外（wài）技術的問題，該課題獲得了原國家機械工業（yè）局科技進（jìn）步二等獎。
曲（qǔ）軸製造技術的發展趨勢
1.鑄造技術
熔煉（liàn）對（duì）於高牌號鑄鐵的（de）熔化，將采用大容量中頻爐進行熔煉或變頻中頻（pín）爐熔煉（liàn），並采用直讀光譜儀檢測鐵水成分。球墨鑄鐵處理采（cǎi）用轉包，研（yán）製新品種球化劑（jì），采（cǎi）用隨流孕育、型內（nèi）孕育及複合孕育等（děng）先進孕育方法。熔化過程的各參數實現微機控（kòng）製和屏幕顯示（shì）。
造型消失模（mó）鑄造將得到發展和推（tuī）廣。在砂型鑄造中，無箱射壓造型和（hé）擠壓（yā）造型將受到重視並繼續在新建廠或改建廠中推廣應用。原有的高壓造型（xíng）線將繼續（xù）使用，其中部（bù）分關鍵元件將得到改進（jìn），實現自動（dòng）組芯和下芯。
2.鍛造技術
以熱（rè）模鍛壓力機、電液錘為主機的（de）自動線是鍛造曲軸生產（chǎn）的發展方向，這些生產線將普（pǔ）遍采用精密剪切下料、輥鍛(楔橫軋)製坯、中頻感應加熱、精整液壓機精壓等先進工（gōng）藝，同時配有機械手、輸送帶、帶回轉台的換模裝（zhuāng）置等輔機，形成柔性製造係統(FMS)。通過FMS可自動更換工件和模具以及自動（dòng）進行參數調節，在工作過程中不斷（duàn）測量。顯示和記錄鍛件厚度和最大壓（yā）力等數據並與定值（zhí）比較，選擇最佳變（biàn）形量以獲得（dé）優質產品。由中央控製室監控整個係統，實現無人化操作。
3.機械加工技術
曲軸粗加工將廣（guǎng）泛采用數控車床、數控內銑床、數（shù）控車拉床等先進設備對主軸頸（jǐng）、連杆軸頸進行數控（kòng）車削、內銑削、車-拉削加工，以有效減少曲軸加工的變（biàn）形量。曲（qǔ）軸（zhóu）精加工（gōng）將廣泛（fàn）采用CNC控（kòng）製的曲軸磨床對其（qí）軸頸進（jìn）行精磨加工。此種磨床將配備砂輪自動動平衡裝置、中心（xīn）架自動跟蹤裝置、自動測量、自動補（bǔ）償裝置、砂輪自（zì）動修整、恒線速度（dù）等（děng）功能（néng）要求，以保證磨削質量（liàng）的穩定。高精設備依賴進口的現狀，估計短期內不會改變。
4.熱（rè）處理技術和表麵強化技術
曲軸（zhóu）中頻感應淬火曲軸（zhóu）中頻感應淬火將采用微機監控閉環中頻感應加熱裝置，具有效（xiào）率高、質量穩定、運行可控等特點。
曲軸軟氮化（huà）對於大批量生產的曲軸來（lái）說，為（wéi）了提高產品質量，今後（hòu）將采用微機控製的氮基氣氛氣（qì）體軟氮化生（shēng）產線。氮基氣氛氣（qì）體軟氮化（huà）生產線由前清洗機(清洗幹（gàn）燥)、預熱爐（lú）、軟氮化爐、冷卻油槽、後清洗機(清洗（xǐ）幹燥)、控製係統及（jí）製氣配氣等係統組成。
曲軸表麵強（qiáng）化技術球（qiú）墨鑄鐵曲軸圓角滾壓強化將廣泛應用（yòng）於（yú）曲（qǔ）軸加工中，另外，圓角滾壓強化加軸頸表（biǎo）麵淬火等複合強化工藝也將大量（liàng）應用（yòng）於曲軸加工中，鍛（duàn）鋼（gāng）曲軸（zhóu）強化方式將（jiāng）會更多地采用軸頸加圓角淬火處理。
投稿箱：
如果您有（yǒu）機床行業、企（qǐ）業相（xiàng）關新聞稿件（jiàn）發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有（yǒu）機床行業、企（qǐ）業相（xiàng）關新聞稿件（jiàn）發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多本專題新聞
名企推薦
專（zhuān）題點擊前十
| 更多
