引言: 

      曲軸是內燃發動機中的關鍵零件之（zhī）一,也是內燃機中最難加工的工（gōng）件之一。曲軸在發動（dòng）機中是將活（huó）塞連杆的住複運動（dòng）變為旋轉運動, 其在（zài）工作過程中會不斷承受很大（dà）的（de）彎曲應力和扭轉應力, 且受力情況異常複雜。所以對（duì）曲軸的抗拉強度、剛度、耐磨性、耐疲勞性（xìng）以及衝擊韌性等都提（tí）出了更高的要求（qiú）。曲軸的主要失效形式是軸頸磨損和疲勞斷裂, 因（yīn）此對曲軸在生產製（zhì）造環節強化工藝技術和機械加工技術同樣都有著（zhe）更高（gāo）的要求。

1 國內外曲軸加工技術的現狀

      目前車用發動機曲軸材質主要有球墨鑄鐵和鋼兩類。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（lǐ）想的結構（gòu）形狀（zhuàng）, 並且和（hé）鋼質曲軸一樣可以進行各種熱處理和表麵（miàn）強化處理來提高曲軸的抗疲（pí）勞強度、硬度和耐磨性。所以球墨鑄鐵曲軸在國內（nèi）外得到了（le）廣泛應用。據（jù）統計資料顯示, 車用發動機曲軸（zhóu）采（cǎi）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（yě）已經大批量采用。國（guó）內（nèi）采用球墨鑄（zhù）鐵曲軸的趨勢則更加明顯（xiǎn）, 中（zhōng）小型功率柴油機曲軸85%以上采用球（qiú）墨鑄鐵, 而功率在160kW以上的發動機曲軸多采用鍛鋼曲軸（zhóu）。

1.1 曲軸的強化工藝技術。目（mù）前國內（nèi）外曲軸（zhóu）常見的強化工藝（yì）大致有如下幾種:

      氮化處理。氮化能提高曲軸疲勞強度的20%~60%。

      噴丸處理。曲軸經噴丸處理後能提高疲勞強度20%~40%。

      圓角與軸頸同時感應淬火處理。該強化方式（shì）應用於球鐵曲軸時, 能提高疲勞（láo）強度20%, 而應用於鋼軸（zhóu）時, 則能（néng）提高l00%以上。

      圓角滾壓處理。球鐵（tiě）曲（qǔ）軸經圓角該壓後壽（shòu）命可提高（gāo）120%~300%, 鋼軸經圓角液壓後壽命可提高70%~150%。曲軸圓角滾壓強化工藝主要包括曲軸圓角滾壓和曲軸滾壓校正兩部分。在滾壓過程中, 由伺服傳動（dòng）係（xì）統控製曲軸旋（xuán）轉的轉速和旋（xuán）轉角度, 同時由液壓伺服控製（zhì）係統控製液壓過程的壓力負載, 使每個主軸頸和連（lián）杆頸依次完成整個（gè）滾壓（yā）過程。對彎曲（qǔ）曲軸的校直處理首（shǒu）先要檢測曲軸的彎曲變形數（shù）據即彎曲度的大小和相位方（fāng）向, 然後用擺差（chà）傳感器檢測各主軸頸處的擺差, 繼而由專（zhuān）家係統數據庫對擺差數據進行（háng）分析處理並給出校直方案, 即給出在某幾個主軸頸或連杆頸上的再施壓方案, 從而利用此施壓方案重新按壓產生新的變形（xíng）來消除曲軸的彎曲。國外應（yīng）用的圓角滾壓技術已相當先進, 可一次完成對所有圓角的滾（gǔn）壓（yā）, 且可做到（dào）主軸頸與（yǔ）連杆軸頸圓角的壓力不同, 同一（yī）連杆軸頸圓角（jiǎo）在不同方向上的壓力也可不同。這樣可經濟地（dì）達到最佳的滾壓效果（guǒ）, 最大限度地提高曲軸的抗疲勞強度。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%。

      複合強化（huà）處理。它是指應用多種強化工藝對曲軸進行強化處理, 球墨鑄鐵曲軸（zhóu）采用（yòng）圓角該滾壓（yā）工藝與（yǔ）離子氮化工藝結合使用, 可使整個曲軸的抗疲勞強度提高130%以上。

1.2 曲軸的機（jī）械加（jiā）工技術。曲軸主軸頸和連杆軸頸的粗加工、半精加工工藝和精（jīng）加工工藝, 大體分為以下幾種:

      傳（chuán）統的曲軸主軸頸及連杆軸（zhóu）頸的多刀車削工藝。生（shēng）產效率和自動化（huà）程度相對較低。粗加工設備多采用多刀車床車削曲軸主（zhǔ）軸頸（jǐng）及連杆軸頸, 工序的質量（liàng）穩定性差, 容易（yì）產生（shēng）較（jiào）大的內應力, 難以達（dá）到合理的加工餘（yú）量。一般精（jīng）加工采用曲軸磨床,通常靠手工操作, 加工質量不穩定, 尺寸的一致（zhì）性差。老式生產線的主要特點（diǎn）是普通設備多, 導致產品生產周期（qī）長、場地（dì）占用麵積（jī）大, 且完全是靠多台設備分解工序（xù）和餘（yú）量來提高生產效率。

      數控車削工藝。數控車削設備價格相（xiàng）對便宜,不需要複雜的刀具, 但隻適合小批量生產。 

      數控內（nèi）銑銑削工藝。內銑設備價格較高, 刀具（jù）費用也很高, 但適合大批量生產。 

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

      CNC 高速外銑工藝。數控高速外銑是20 世紀90 年代新（xīn）興起來的一（yī）種新型加工工藝, 其適用範圍廣, 特別雙刀盤數控高速外銑以其加（jiā）工效率高（gāo）、加工質量穩定、自（zì）動化水平高, 已成為當（dāng）前是曲軸主軸（zhóu）頸和連杆（gǎn）軸頸粗（cū）加工的發展方向。就比較（jiào）而言, CNC 車—車拉工藝加工連杆軸頸要（yào）二道工序（xù）, CNC高速外銑隻要一道工序就能完成, 切削速度高( 目前最高可達（dá）350m/min) 、切削（xuē）時間較（jiào）短、工序循環時間較短、切削力較小（xiǎo）、工（gōng）件溫升較低、刀（dāo）具壽命高、換刀次數少、加工精度更高、柔性更好。如德（dé）國BOEHRINGER 公司專為汽車發動機曲軸設計製（zhì）造的柔性的高速隨（suí）動數控外銑（xǐ）床（chuáng）VDF315 OM- 4 型, 該（gāi）設備應用工件回轉和銑刀進（jìn）給伺服連動控製技術, 可以一次裝夾不改（gǎi）變曲軸回轉中心隨動跟蹤銑削曲（qǔ）軸的（de）連杆軸頸。其采用一體化複合材料結構床身, 工件兩端電子同步旋轉驅（qū）動, 具有幹式切削、加工精度（dù）高、切削（xuē）效率高等特點; 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數（shù）即可自動生（shēng）成加工程序, 可以加工長度（dù）450～700mm、回（huí）轉直徑在380mm以內的各種曲軸, 連杆軸頸直（zhí）徑誤差僅為±0.02mm。

      數控曲（qǔ）軸磨削（xuē）工藝。精加工使用數控磨床, 采用靜壓主軸、靜壓導軌、靜壓進給絲杠( 砂輪頭架)和線性光柵閉環控製等控製裝置, 使各尺寸公差及形（xíng）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（jīng）加（jiā）工（gōng）, 經超精加工（gōng）後的曲（qǔ）軸軸頸（jǐng）表麵粗糙度至（zhì）少提高一級精度。如GF70M- T 曲軸磨床是日本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、高精度、大批量（liàng）生產需要而（ér）設（shè）計的數控曲軸磨床。該磨床（chuáng）應用工件回轉和砂輪進給伺服（fú）聯動控製技術, 可以一次裝（zhuāng）夾而不改變曲軸回轉中心即可完成（chéng）所有軸頸的磨削, 包括隨動跟蹤磨（mó）削連杆（gǎn）軸頸;采用（yòng）靜壓主軸、靜壓導軌、靜壓進給絲杠( 砂（shā）輪頭架) 和（hé）線性（xìng）光柵閉（bì）環控（kòng）製, 使（shǐ）用TOYADA 工機生產（chǎn）的GC50 CNC控製（zhì）係統（tǒng）, 磨削軸（zhóu）頸圓度精（jīng）度可達到0.002mm; 采用CBN 砂輪, 磨（mó）削線速度高（gāo）達120m/s, 配（pèi）雙（shuāng）砂輪（lún）頭架, 磨削效率極高。

2 國內外曲軸加工技術展望

      美國、德（dé）國、日本等汽車工業發達（dá）國家都（dōu）致力於開發綠色環保、高性能發（fā）動機, 目前各個（gè）廠家采用發動機增壓、擴缸及提高轉速來提高功率的（de）方法, 使得曲軸各軸頸要（yào）在很高的比壓（yā）下高速轉動,發動機正向著增壓、增壓中冷（lěng）、大（dà）功率、高可靠性、低排放方向發展。曲（qǔ）軸作為發動機的心髒, 正麵臨著安全（quán）性（xìng）和可靠性的嚴（yán）峻挑戰, 傳統（tǒng）材料和製造（zào）工藝已無法滿足其功能要求, 市場對曲軸（zhóu）材（cái）質以及毛坯加工技術、精度、表麵粗（cū）糙度、熱（rè）處理和表麵強化、動平衡等要求都十分嚴格。如果其中（zhōng）任何一個環節質量沒有得到保證, 則（zé）可嚴重影（yǐng）響曲軸（zhóu）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（zhóu）的加（jiā）工十分重視, 並不斷改進曲軸加工工藝。隨著WTO的加入（rù）, 國內曲軸生產廠家已經意識到形勢的緊迫（pò）性（xìng）, 引進了為數不（bú）少的先（xiān）進設備和技（jì）術, 以（yǐ）期提高產品的（de）整體競爭力, 使得（dé）曲（qǔ）軸的製造技術水平有（yǒu）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速柔性生產線FTL( Flexible Transfer Line) , 這種生（shēng）產線的特點是不僅可以加工（gōng）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）高高速柔性生產線的生產效率, 更快的（de）適應市場, FTL 未來發展是敏捷柔性生產線AFTL( Agile Flexible Transfer Line) 。

      其主要目的是: 滿足市場（chǎng）變化的需求。不但（dàn）滿足當前產品（pǐn）的（de）要求, 還應考（kǎo）慮未來市場需求。滿足生產方式（shì）的需求。能滿足現代發動機“多（duō）品種、大中批量、高（gāo）效（xiào）率、低成（chéng）本”的生產需求。符合“精益生產”的原則（zé）。杜絕浪費, 用最少投資、最大回（huí）報謀（móu）取利潤。由於發動機曲（qǔ）軸自身結構的特殊性, 曲軸AFTL 應具（jù）備以下特點: 由高速加（jiā）工中心和高效專用機床( 含少（shǎo）量組合機床) 組成。按工藝流程排列機床（chuáng）並由自動輸送裝置連接, 采用柔性夾具和高（gāo）效專用刀具生產。為防止關鍵（jiàn）工序設備故障造成（chéng）全線停產, 可增設（shè）平行設備增補, 亦能滿足大批量生產的需要。

      發（fā）動機（jī）曲（qǔ）軸（zhóu）做為發動機的核心（xīn）部件, 其製造水平直接（jiē）反映著一個國家的裝備製造業水平的（de）發（fā）展狀況, 做為裝備製（zhì）造業大國, 我（wǒ）們要大力發展裝備（bèi）製造業,逐步縮短國內外技術差距,加大技術投入（rù）力度,消化吸收（shōu）國外先進製造技術, 不斷創新（xīn）攻關尖端製造技術, 這對發展民（mín）族工業和對國民經濟（jì）建設（shè）都（dōu）具有非常重要的意義。