引言: 曲軸是內燃發動機中的關鍵零件之一,也是內燃機中最難加工的工件（jiàn）之一（yī）。曲軸在發動機（jī）中是將活塞連杆（gǎn）的住複運動變為旋轉運動, 其（qí）在工作過程中會不斷承（chéng）受很大的彎曲應力和扭轉應力, 且受（shòu）力情況異常（cháng）複雜。所以對曲軸的抗拉強度、剛度、耐磨性、耐疲勞性（xìng）以及衝擊韌性等都提出了更高的（de）要（yào）求。曲軸的主要失效形式是軸頸（jǐng）磨損和疲（pí）勞斷裂, 因此對曲軸在生產製造環節強化工藝技術和機械加工技（jì）術同樣（yàng）都有著（zhe）更高的要求。

      1 國內外曲軸加工技術的現狀（zhuàng）

      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（yǒu）調質（zhì）鋼曲軸成本的1/3 左右, 且（qiě）球墨鑄鐵的切（qiē）削性能良好, 可獲（huò）得較理想的結（jié）構形狀, 並且和鋼質曲軸一樣可以進行各種熱處理和表麵強化處理來提（tí）高曲軸的（de）抗疲勞強度、硬度和耐（nài）磨性。所以球（qiú）墨鑄鐵曲軸在國內外得（dé）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（rì）本為60%, 此外, 德國、比利時等國家也已經大批量采用。國內采用球墨鑄鐵曲（qǔ）軸的（de）趨勢則更（gèng）加明顯, 中小型功率柴油機曲（qǔ）軸85%以（yǐ）上采用球墨鑄（zhù）鐵, 而（ér）功率在160kW以（yǐ）上的發動機曲軸多采用（yòng）鍛鋼曲軸。

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

      氮（dàn）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（huǒ）處理。該強化方式應用於球鐵曲軸時, 能提（tí）高疲（pí）勞強度20%, 而應用於鋼軸時, 則能提高l00%以上。

            複合強（qiáng）化處理。它是（shì）指應用多（duō）種強化工藝對曲軸進行強化處理, 球墨鑄鐵（tiě）曲軸采用圓角該滾壓工藝（yì）與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 曲軸的機械加工技術。曲軸主軸（zhóu）頸和連杆軸頸的粗加工、半精加工工藝和精加工工藝, 大體分為以下幾種:

      傳統的曲（qǔ）軸主軸頸及連杆軸頸的多刀車削工藝（yì）。生（shēng）產效率和自動化程（chéng）度相對較低。粗加工設備多采用多刀車床車削曲（qǔ）軸主軸頸及連杆軸頸, 工序（xù）的質量穩定性差, 容易產生（shēng）較大的內應力, 難以達到（dào）合理的加工餘量。一般精加工采用（yòng）曲軸磨床,通（tōng）常靠手工操作, 加工質量不穩定, 尺寸的一（yī）致性差。老式生產線的主要特點是普通設備多, 導致產品生產周期長（zhǎng）、場（chǎng）地占用麵積大, 且完全是靠多台（tái）設備分解工序和（hé）餘量來提高（gāo）生產效率。

      數控車（chē）削工藝。數控車削設備價格相對便宜,不需要複雜的刀具, 但（dàn）隻適合小（xiǎo）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（hé）大批量生產。

      數控車—拉、數控車—車拉工藝。其突出優點是可對寬軸徑進行分層加工, 切削效率高, 加工（gōng）質量好（hǎo）, 但車（chē）拉刀具結構複雜, 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。數控高速外銑是（shì）20 世紀90 年（nián）代新興起（qǐ）來的一種新型加工工藝, 其適用範（fàn）圍廣, 特別（bié）雙刀盤（pán）數控高速外銑以其加工效率高（gāo）、加工質量穩定、自動化水平高, 已成為當前是曲軸主軸頸（jǐng）和連杆軸頸粗加工的發展方向。就比較而言（yán）, CNC 車—車拉工藝（yì）加工連杆軸（zhóu）頸要二道工序, CNC高速外銑隻要一道工（gōng）序就能完成, 切削速（sù）度高( 目（mù）前最高（gāo）可達350m/min) 、切削時間較短、工序（xù）循環時間較短、切削力較小、工件溫（wēn）升較低、刀具壽命高、換刀次數（shù）少、加工精度更高（gāo）、柔性更好。如德國BOEHRINGER 公司專為汽車發動機曲軸設計（jì）製造的柔性的高（gāo）速隨（suí）動數控外銑床VDF315 OM- 4 型, 該設備應用工件回轉和銑刀進給伺服連動控製技術（shù）, 可以一次裝夾不改變曲（qǔ）軸（zhóu）回轉中心隨動跟蹤銑削曲（qǔ）軸的連杆軸頸。其采用一體化複合材（cái）料結構床身（shēn）, 工件兩端電子同步旋轉驅動, 具有幹式切削、加工精度高、切削效率高等特（tè）點; 使用SIEMENS 840D CNC 控製（zhì）係統, 設備操作說明書（shū）在人（rén）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（dù）450～700mm、回轉直徑在380mm以內的各種曲軸, 連杆軸頸直徑誤差僅（jǐn）為±0.02mm。

      數控曲軸磨削工藝。精加工使（shǐ）用數控磨（mó）床, 采用靜壓主（zhǔ）軸、靜壓導軌、靜壓進給絲杠( 砂輪頭（tóu）架)和線性光柵閉環控製等控（kòng）製裝置, 使各尺寸公（gōng）差及形位公差得到可靠（kào）的保證, 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麵粗糙度至少提高一級精度。如（rú）GF70M- T 曲軸磨床（chuáng）是日（rì）本TOYADA工機開發生（shēng）產的專用曲軸磨床（chuáng）, 是為了滿足多品（pǐn）種、低成本（běn）、高（gāo）精度、大批量生產需要而設計的數控曲軸磨床。該磨床應用工件回轉和砂輪進給伺（sì）服聯動（dòng）控製技術, 可以一次裝夾而不改變曲（qǔ）軸回轉中心即可完成（chéng）所有軸頸的磨削, 包括隨動跟蹤磨削連杆軸頸;采用靜壓主軸、靜壓導軌、靜（jìng）壓進給絲杠( 砂輪頭架) 和線性光（guāng）柵閉環控（kòng）製, 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（lún）, 磨削線速度高達120m/s, 配雙砂輪頭架, 磨削效率極高。

      2 國內外曲（qǔ）軸加工技術展望

      美國、德國、日本等汽車工業發達國家都致力於開發綠色環保、高性能發動機, 目前各個廠家采用（yòng）發動機增壓、擴缸及提高轉速來提高功率（lǜ）的方法, 使得曲軸各軸頸要在很高的比壓下（xià）高速轉動,發動機正向（xiàng）著增（zēng）壓、增壓（yā）中冷、大功率、高可靠性、低排放（fàng）方向發展。曲軸作（zuò）為發動機的心（xīn）髒, 正麵臨著（zhe）安全性和可靠性的嚴峻挑戰, 傳統材料和製造工（gōng）藝已無法滿足（zú）其功能要求（qiú）, 市場對曲軸材質以及毛坯加工技術、精度（dù）、表麵粗糙度、熱處理和表麵強化、動平衡等要求（qiú）都十分嚴格。如果其中任何一個環（huán）節質量沒有得到（dào）保證, 則可嚴重影響曲軸的使（shǐ）用壽命和整機的可靠性。世界汽車工業發達國家對曲（qǔ）軸的（de）加工十分（fèn）重視, 並不斷改進曲軸加工工藝。隨著WTO的加入, 國內曲軸生產廠家（jiā）已經意識到形勢的緊迫性, 引（yǐn）進了為數不少的先進設備和技（jì）術, 以（yǐ）期提高（gāo）產品的整體（tǐ）競爭力, 使得曲軸的製造技術水平有了大幅提高, 特別是近5 年（nián）來發展更為迅猛。

      目前國內轎車曲軸生產線多為高速柔（róu）性生產線FTL( Flexible Transfer Line) , 這種生產線的特（tè）點是不僅可以加工同係列曲軸, 而且（qiě）還可加工變型產品、換代產品和新產品, 真正（zhèng）具備柔（róu）性意（yì）義。為進一步提高高速柔性生（shēng）產線的生產效率, 更快的適應市場, FTL 未來發展是敏捷柔性生產線AFTL( Agile Flexible Transfer Line) 。

      其主要目的（de）是: 滿足市（shì）場變化的需求。不（bú）但滿足當前產品的要求, 還應考慮未來市場需求。滿足生產方式的需求。能滿足現代（dài）發動機“多品種、大中批（pī）量、高效率、低成本”的生產需求。符（fú）合“精（jīng）益生產”的原則。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構的（de）特殊性, 曲軸AFTL 應具備以下特點: 由（yóu）高速加工中心（xīn）和高效專用機床( 含少（shǎo）量組合機床) 組成。按工藝（yì）流（liú）程（chéng）排列機床並由自動輸（shū）送（sòng）裝置連（lián）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（píng）行設備增補, 亦能滿足大批量生產的需（xū）要。

      結語

      發（fā）動機曲（qǔ）軸做為發動機的核心部件（jiàn）, 其製（zhì）造水平直接反映著一個國家的裝備製造業水平的發（fā）展狀況（kuàng）, 做為裝備製造業（yè）大（dà）國, 我們要大力發展裝備製造業,逐步縮短國內外技（jì）術差距,加大技術投（tóu）入力度,消化吸收國外先進製造（zào）技術, 不斷創新攻關尖（jiān）端製造技術, 這對發展（zhǎn）民族工業和對國民經濟建（jiàn）設都具有非常重要的意義。