引言: 

      曲軸是內燃發動機中的關鍵零件（jiàn）之一,也是內燃機中最難加（jiā）工的工件之一。曲（qǔ）軸（zhóu）在（zài）發動（dòng）機中是將活塞（sāi）連杆的住（zhù）複運動變為旋轉（zhuǎn）運動, 其在工作（zuò）過（guò）程中會不斷承受（shòu）很大的彎曲應力和扭轉應力, 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（pí）勞性以及衝擊韌性等都提出了更高（gāo）的要求。曲軸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（zhì）造（zào）環節強化工藝技術和機械加工技術同樣都有著更高的要求。

1 國內（nèi）外曲軸加工技術（shù）的現狀

      目前車用（yòng）發動機曲軸（zhóu）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（diào）質鋼（gāng）曲軸成本的1/3 左右, 且球墨鑄鐵的切削性能良好, 可獲得較理想（xiǎng）的結構形狀, 並且（qiě）和鋼質曲軸一樣可以進行各種熱處理和（hé）表麵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（mò）鑄鐵曲軸在國內外得到了廣泛應用。據統計資料顯示, 車用發動機曲軸采用球墨鑄鐵材質的比例在美國為90%, 英國（guó）為85%, 日本為60%, 此外, 德國、比利時等國（guó）家（jiā）也已經（jīng）大（dà）批量采（cǎi）用。國內采用球（qiú）墨鑄鐵曲軸的趨（qū）勢則更加明顯, 中小型功（gōng）率柴油機曲軸85%以上（shàng）采（cǎi）用球墨鑄（zhù）鐵, 而功率在（zài）160kW以上（shàng）的發動（dòng）機曲軸多采用鍛鋼曲軸。

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

      氮化處理。氮化能提高曲（qǔ）軸疲勞強度的20%~60%。

      噴丸處理。曲軸經噴丸處理後能（néng）提高疲勞強度20%~40%。

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

      圓角滾壓處理。球鐵曲軸經圓角該（gāi）壓（yā）後（hòu）壽命可提高120%~300%, 鋼軸經圓角液壓後壽命可提（tí）高70%~150%。曲軸圓角滾壓強化工藝主（zhǔ）要包括曲軸圓角滾（gǔn）壓和曲軸滾壓校正兩部分。在滾（gǔn）壓過程中（zhōng）, 由伺服傳動係統（tǒng）控製曲軸（zhóu）旋轉的轉（zhuǎn）速和旋轉角度, 同時由液壓伺服控製係（xì）統（tǒng）控製液壓過程的壓力負載, 使每個主軸頸和連杆頸依次完成整個滾壓過（guò）程。對彎曲曲軸的校直處理首先要（yào）檢測曲軸的彎曲變形數據即彎曲度的大小和相位方向, 然後用擺差傳（chuán）感器檢測各主軸（zhóu）頸處的擺差, 繼而由專家係統數據庫（kù）對擺（bǎi）差數據進行分析處理並給出校直方案, 即（jí）給出在某幾個主軸（zhóu）頸或（huò）連杆頸上的再施壓方（fāng）案, 從而利用此施壓方案重新按壓產（chǎn）生（shēng）新的變（biàn）形來消除曲軸（zhóu）的彎曲。國（guó）外應用的圓角滾壓技術（shù）已相當先進, 可一次完成對所有圓角的滾壓, 且可做到主軸頸與連杆軸頸圓角的壓力不同, 同一連（lián）杆軸頸圓角在不同方向上（shàng）的壓力（lì）也可不同。這（zhè）樣可（kě）經濟地達到最佳的滾壓效果, 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（kě）增至100%～280%。

      複合強化處理。它是指（zhǐ）應用（yòng）多種強化工藝對曲軸進行強化處理, 球墨（mò）鑄鐵曲軸采用（yòng）圓角該滾壓（yā）工藝與離（lí）子氮化（huà）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（gǎn）軸頸的粗加工、半精加（jiā）工（gōng）工藝（yì）和精加工工藝（yì）, 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。生產效率和自動化程度相對較低。粗加工設備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸（jǐng）及連杆軸頸, 工序的質（zhì）量穩定性（xìng）差, 容（róng）易產生較大（dà）的內應（yīng）力, 難以達到合理的加工餘量。一般精加工采用曲軸磨床,通常靠手工（gōng）操（cāo）作（zuò）, 加工質量不穩定（dìng）, 尺寸的一致性差。老式生產（chǎn）線的主要特點是普通設備多, 導致產品生產周期長、場地占用麵積大, 且完全是靠多台設備分解工序和餘量來提高（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（yào）複雜的刀（dāo）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, 刀具費用也很高, 但適合大批量生產。 

      數控車—拉、數控車（chē）—車拉工藝。其突出優點是可對寬軸徑進行分層加工, 切（qiē）削效率高, 加工質量好, 但車拉刀具結構複雜, 技術含（hán）量高, 並且長期依靠進口, 好處是（shì）可集車—車拉工藝（yì）加工連杆軸頸要兩道（dào）工序於一起（qǐ）。 

      CNC 高速外銑工藝。數控高速外銑是20 世紀90 年代新興起來的一種新型加工工藝, 其適用範圍廣, 特別雙刀盤數控（kòng）高速外銑以其加工（gōng）效率高、加工質量穩定、自動化水平高, 已成（chéng）為當前是曲軸主軸頸和連杆（gǎn）軸頸粗加工的發（fā）展方向。就比較而（ér）言, CNC 車—車拉工藝（yì）加工連杆軸頸（jǐng）要二道工序（xù）, CNC高速外銑隻要一道工序就能完成, 切（qiē）削速（sù）度高( 目前最高可達350m/min) 、切削（xuē）時間較短、工序循環時間較（jiào）短、切削力較小、工件溫（wēn）升較低、刀具壽命高、換刀次數少、加工精度更（gèng）高、柔性更好。如德國BOEHRINGER 公司專為汽（qì）車發（fā）動機曲軸設計（jì）製（zhì）造的柔性的高（gāo）速（sù）隨動數控（kòng）外銑床（chuáng）VDF315 OM- 4 型, 該設備應用工件回轉（zhuǎn）和銑刀（dāo）進給伺服連動控製技術, 可以一（yī）次（cì）裝夾不改變曲軸回轉中心隨動跟蹤銑削曲軸的連杆軸頸。其采用一體化複合材料結構（gòu）床身, 工件兩端電子同（tóng）步旋轉驅動, 具有（yǒu）幹（gàn）式切削、加工精度高、切削效率高等特點; 使用SIEMENS 840D CNC 控製係統, 設備操作說明書在人機界麵上, 通（tōng）過輸（shū）入零件的基本參（cān）數即可自動生成加工程序, 可以加工長度450～700mm、回轉（zhuǎn）直徑在380mm以內的各（gè）種曲軸, 連杆（gǎn）軸頸直徑誤差僅為±0.02mm。

      數控曲（qǔ）軸磨削工藝。精加工使用數（shù）控（kòng）磨床, 采用（yòng）靜壓主軸、靜壓導軌、靜壓進給（gěi）絲杠( 砂輪頭架)和線性光柵閉環控製等控製裝置, 使各尺寸公差及形位公差得到可靠的保證, 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（shǎo）提高一級精度。如GF70M- T 曲軸磨床是日本TOYADA工機開發生產的專（zhuān）用曲軸磨床, 是為了滿足（zú）多（duō）品種、低成本、高精度、大批（pī）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）服聯動控製技術（shù）, 可以一次裝夾而不改（gǎi）變（biàn）曲軸回轉中心即可完成所有軸頸的磨削（xuē）, 包括隨動跟（gēn）蹤磨削連杆軸（zhóu）頸;采（cǎi）用靜壓主軸（zhóu）、靜壓導軌、靜壓進給絲杠( 砂輪頭架) 和線性光柵閉（bì）環控製, 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（dào）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。

2 國內外曲軸加工技術展望

      美國、德國、日本等汽車工業發達國家都致力於開發綠色環（huán）保、高性能（néng）發動機（jī）, 目前各個廠家采用發動機增壓（yā）、擴缸及提高轉（zhuǎn）速來提高功率的方法, 使得曲軸各軸頸要在很高的比（bǐ）壓下高速轉動,發動機正向著增（zēng）壓、增壓中冷、大功率（lǜ）、高可（kě）靠性、低排（pái）放方向發展。曲軸（zhóu）作為發（fā）動機的（de）心（xīn）髒, 正麵臨著安全性和可靠性的嚴峻挑戰, 傳統材料和製造工藝已無法滿足其（qí）功能要求, 市場（chǎng）對曲軸材質以及毛坯加（jiā）工技（jì）術、精度、表（biǎo）麵粗糙度、熱處理和表麵強（qiáng）化、動平衡等要求都十分嚴格。如果其中任何一個環節質量沒有（yǒu）得到保證, 則可（kě）嚴重影響曲軸的使用壽命和（hé）整機的可靠性。世界汽車工業發達國家對曲軸的加工（gōng）十分重視, 並不斷（duàn）改進曲軸加工工藝。隨著WTO的加入, 國內曲軸生產廠家已經（jīng）意識到形勢的（de）緊迫性, 引進了為（wéi）數不少的先進設備和技（jì）術, 以期提（tí）高產品的整體競爭力, 使得曲軸的製造技術水平有了大幅提高, 特（tè）別是近5 年（nián）來發展更為迅猛。

      目前國內轎車曲（qǔ）軸生產線多為高速（sù）柔性生產（chǎn）線FTL( Flexible Transfer Line) , 這種生產線的特點是不僅可以加工同係列曲軸, 而且還（hái）可加工變型產品（pǐn）、換代產品和新產品, 真正具備柔性意義（yì）。為進一步提高（gāo）高速（sù）柔性（xìng）生產線的生產效率, 更快的適應市場, FTL 未來發展是敏（mǐn）捷柔性生（shēng）產線AFTL( Agile Flexible Transfer Line) 。

      其（qí）主要目的是: 滿足市場變化（huà）的需求。不但滿足（zú）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（néng）滿足現（xiàn）代發動機“多品種、大中批量、高效率、低成本”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（zuì）大回報謀取利潤。由於發動機曲軸自身結構的特殊性, 曲軸AFTL 應具備以下特點: 由高速加工中心和高效專用機（jī）床( 含少量組合機（jī）床) 組成。按工藝（yì）流程排列機床並由自動輸送裝置連接, 采用（yòng）柔性夾具和高效（xiào）專用刀具生產（chǎn）。為（wéi）防止關鍵（jiàn）工序設備故障造（zào）成（chéng）全線停產, 可增設平行（háng）設備增補, 亦能滿足大批量生產的需要。

      發動機曲軸做為發動機的核心部件, 其製造水平直接反映著一個國家的裝備製造業水（shuǐ）平（píng）的（de）發展狀況, 做為裝備製造業大國, 我們要大力發展裝備製造業,逐步縮短國內外技術差距,加大技術（shù）投入力度（dù）,消化吸（xī）收（shōu）國外先進（jìn）製造技術, 不（bú）斷創新攻關尖端（duān）製造技術, 這（zhè）對發展（zhǎn）民族工（gōng）業和對國民經濟建設都具有非常重要的意義。