引言: 曲軸是內燃發動機中的關鍵零件（jiàn）之一,也是內燃（rán）機中最難加工的工件之一。曲軸在發動機中是將活塞連杆的住（zhù）複（fù）運動變（biàn）為旋轉運動, 其在工（gōng）作過程中會不斷承受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（de）抗拉（lā）強度（dù）、剛度（dù）、耐磨性、耐疲（pí）勞（láo）性以及衝（chōng）擊韌性等都（dōu）提出了更高（gāo）的要求。曲軸的主要失效形式是軸頸磨（mó）損和疲勞斷裂, 因此（cǐ）對曲軸在生產製造環節強化工藝技術和機械加工（gōng）技術同樣（yàng）都有（yǒu）著更高（gāo）的要求。

      1 國內外曲軸加工技術的現狀

      目前車（chē）用發動機曲軸材質主（zhǔ）要有球墨鑄鐵和鋼兩類。由於球墨鑄鐵曲軸成（chéng）本（běn）隻有（yǒu）調質鋼曲軸成本的（de）1/3 左右, 且球墨鑄鐵的切削性能良好, 可獲（huò）得較理想的結構形狀（zhuàng）, 並且和鋼質（zhì）曲軸一樣（yàng）可以進行各（gè）種熱（rè）處理和（hé）表麵強化處理來（lái）提高曲軸的（de）抗疲勞強度、硬度和耐磨性。所以球墨鑄鐵曲軸（zhóu）在國內外得到了廣泛應用（yòng）。據統計資料顯示, 車用發動機曲軸采（cǎi）用球墨鑄鐵（tiě）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（děng）國（guó）家也已經大批量采用。國內采用球墨鑄（zhù）鐵曲軸的趨勢則（zé）更加明顯, 中小型功率柴油機曲軸85%以上采用球墨鑄鐵, 而功率（lǜ）在160kW以上的發動機曲軸多采用鍛鋼曲（qǔ）軸。

      1.1 曲（qǔ）軸的強化工藝（yì）技術（shù）。目前國內外曲軸常見的強化工藝大致有如下幾種:

      氮化處理。氮化能（néng）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提高疲勞強度20%~40%。圓角與軸頸（jǐng）同（tóng）時感應淬火處理。該強化（huà）方式應用於球鐵曲（qǔ）軸時, 能提高疲勞強度20%, 而應用於鋼軸時, 則（zé）能提高l00%以上。

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

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

      傳統的曲軸主軸頸及連杆軸頸的多刀車削工藝。生產效率和自動化程度相對（duì）較低。粗加工設備多采用多（duō）刀車床（chuáng）車削曲軸主軸頸及連杆軸頸, 工序的質量穩定性差, 容易產生較大（dà）的內應（yīng）力, 難以達到（dào）合理（lǐ）的加工餘量。一（yī）般精加（jiā）工采用曲軸磨床,通常靠手工操作, 加工質量不穩定, 尺寸的一致性差。老式生產線的主要特點是普通設備（bèi）多（duō）, 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（gōng）序和餘量來提高生產效率。

      數（shù）控車削工藝（yì）。數控車削設備價格（gé）相對便宜,不需要複雜的刀具, 但隻適合小批量生產（chǎn）。數控內（nèi）銑銑削（xuē）工藝。內（nèi）銑設備價（jià）格較高, 刀具費用也很高, 但適合大批量生產。

      數（shù）控車—拉、數控車—車拉工藝。其突出（chū）優點是可對寬軸徑進（jìn）行分層（céng）加工, 切削效率高, 加工質量好, 但車拉刀具結構（gòu）複雜, 技術含量高, 並且長期依（yī）靠進口, 好處是可（kě）集車（chē）—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（jì）90 年（nián）代新興起來的一種新型加工（gōng）工藝, 其適用範（fàn）圍廣, 特別雙刀盤數控高速（sù）外銑以其加（jiā）工效率高、加工質量穩定、自動化水平高, 已成為當前是曲軸主軸頸和連杆軸頸粗加工的（de）發展方向。就比較而言, CNC 車—車拉工藝加工（gōng）連杆軸（zhóu）頸要二道工（gōng）序, CNC高速外銑（xǐ）隻要一道工序就能完成, 切削速度高( 目前最高可達350m/min) 、切削時間較（jiào）短、工（gōng）序循（xún）環時間較短、切削力較小、工（gōng）件（jiàn）溫升較低、刀具壽（shòu）命高、換刀次數少、加工精度更高、柔性更好。如德國BOEHRINGER 公（gōng）司專為汽車發動機曲軸設計（jì）製造的柔性（xìng）的高速隨動數控外銑床VDF315 OM- 4 型, 該設備應用工件回轉和銑刀進給伺服連動（dòng）控製技術, 可以一次裝夾（jiá）不改變曲軸回轉（zhuǎn）中心（xīn）隨動（dòng）跟蹤銑削（xuē）曲軸的連杆軸頸（jǐng）。其（qí）采用一體（tǐ）化複合材料結構床身, 工件兩端電子同步旋轉驅動, 具（jù）有幹式切削、加工精度高、切削效率高（gāo）等特點; 使用（yòng）SIEMENS 840D CNC 控製係統, 設備（bèi）操作（zuò）說明書在人（rén）機界麵上, 通過輸入（rù）零件的基本參數即可自動生成加工程序, 可以加工長度450～700mm、回轉直徑在（zài）380mm以（yǐ）內（nèi）的各（gè）種曲軸, 連杆軸頸直徑誤差僅為（wéi）±0.02mm。

      數控曲軸磨削工藝。精加工使用數控磨床（chuáng）, 采（cǎi）用靜壓（yā）主軸、靜壓導軌（guǐ）、靜壓進給絲杠( 砂輪頭架)和線性光柵（shān）閉環控製（zhì）等控（kòng）製裝置, 使各尺寸公差及形位（wèi）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（jī）進行超（chāo）精加工, 經超精加工（gōng）後的曲軸軸頸表麵（miàn）粗糙度（dù）至少提高一級精度。如GF70M- T 曲軸磨（mó）床是日本TOYADA工（gōng）機開（kāi）發生產（chǎn）的專用曲軸磨床, 是為了滿足多品種、低成本、高精（jīng）度、大批量生產需要而設計（jì）的數控曲軸磨床。該磨床應用（yòng）工件回轉和砂輪進給伺服聯動控製技術, 可以一次裝夾而不（bú）改變曲軸（zhóu）回轉中心（xīn）即可（kě）完成所有軸頸的磨削（xuē）, 包括隨動跟蹤磨削連杆軸頸;采用靜壓主（zhǔ）軸、靜壓導軌、靜壓進給絲杠( 砂輪頭架（jià）) 和線性光柵閉環控（kòng）製, 使用TOYADA 工機生產（chǎn）的GC50 CNC控製係統, 磨削軸頸圓度（dù）精度可（kě）達到0.002mm; 采用CBN 砂輪, 磨削線速度高達120m/s, 配雙砂（shā）輪頭架, 磨削（xuē）效率極高。

      2 國內外曲軸（zhóu）加工技術展望

      美國、德（dé）國、日本等汽車工業發達國家都致力於開（kāi）發綠色環保、高性能發動機（jī）, 目前（qián）各個廠家采用發動機增壓、擴（kuò）缸及提高轉速來提高功率的方法, 使得（dé）曲軸各軸頸要在很高的（de）比壓下高速轉動,發動機正向著增壓、增（zēng）壓中（zhōng）冷、大功率、高可靠性、低排（pái）放方向發展。曲軸作為發動機的心髒, 正麵臨著（zhe）安全性和可靠性的嚴峻挑戰, 傳統材料和製造工藝已無法滿足其（qí）功能（néng）要（yào）求, 市場對曲軸材質以（yǐ）及毛坯加工技（jì）術、精度（dù）、表麵粗糙度、熱處理和表麵強（qiáng）化、動平衡等要求都十分嚴格。如（rú）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命和整機的可靠性。世界汽車工業發（fā）達國家對曲軸的加工十（shí）分重視, 並不（bú）斷改進曲軸加（jiā）工工藝。隨著WTO的（de）加入, 國內曲軸生產廠家已經意（yì）識（shí）到形勢的緊迫性, 引進了（le）為數不少的先進設備和技術, 以期提高產品（pǐn）的整體競爭力, 使得曲軸的製造技術水平有了大幅提高, 特別是近5 年來發展更為迅猛。

      目前國內轎車曲（qǔ）軸生產線多為高速柔性生產線FTL( Flexible Transfer Line) , 這種生產線的特點是不僅可以加工同係列（liè）曲軸, 而且還（hái）可加工變型（xíng）產（chǎn）品、換代產品和新（xīn）產品, 真正具備（bèi）柔性意義。為進一步（bù）提高高速柔性生產線的生產效率, 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) 。

      其主要目的是（shì）: 滿足市場變化的（de）需求（qiú）。不但滿足當（dāng）前產品的要求, 還應考慮未來市場需求。滿足生產（chǎn）方式的（de）需求。能滿足現代發動機“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。杜絕浪費, 用最少投資、最大回報謀取利潤。由於發（fā）動機曲軸自身結構的特殊性, 曲（qǔ）軸AFTL 應具（jù）備以下特點: 由高（gāo）速加工中心和高效專用機床( 含少量組合機床) 組成。按工藝流程排列機床並由自動輸送（sòng）裝置連接（jiē）, 采（cǎi）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, 可增設平行（háng）設備增（zēng）補, 亦能滿足大批量生產的需要。

      結語

      發動機曲軸做為發動機的核心部件, 其（qí）製造水平直接反映著一個國家的裝備（bèi）製造業水平的發展狀況, 做為裝備製造業大國, 我們要大力（lì）發展裝備製造業,逐步縮短國內外技術（shù）差距,加大技術投入力度,消化吸（xī）收國外先進製造技術, 不斷創新攻關尖端製造技術, 這對發展民族工業和對國民經濟建設都具有（yǒu）非常（cháng）重（chóng）要的意義。