隨著中（zhōng）國汽車製造（zào）業高速發展，對曲軸零（líng）部件的需求量也逐（zhú）年增高（gāo），這使得近幾年（nián）來大量的資金投向了曲（qǔ）軸加工行業。曲軸作（zuò）為主要（yào）承力部件，它承（chéng）受的載荷很大（dà）且受力情況複雜。這就要求曲軸（zhóu）有較高的強（qiáng）度、抗疲勞性和較高（gāo）的加工精度，才能夠保證在複雜載荷作用下長時間的工作。目前，國內（nèi）曲軸市場的總需求量大概每年在３０００萬隻左右（主要指汽（qì）車市場），絕大部分都是（shì）采用鍛造生產工藝（yì）。隨著發動機技術的不斷提高，對（duì）曲軸生產工藝的要求也越來越高，為了滿足不斷提高的技（jì）術要求以及複雜的使用環境，越來越多的新技術、新工（gōng）藝、新裝備正應用於曲軸鍛造業。

      １　曲軸（zhóu）的（de）分類和模鍛工藝特點

      和（hé）其他鍛件產品相比，曲軸（zhóu）鍛件一般被認為（wéi）是較（jiào）為複雜的鍛件（jiàn）類型（xíng）之一，鍛造工藝難度較高，為了（le）保證（zhèng）產品的質量（liàng）要求，需（xū）要通過多種工序才能完成。由於（yú）其結構具有類似性（xìng），典型的工藝路線為：下料—－加（jiā）熱－輥鍛製（zhì）坯－—壓扁－預鍛－終鍛－切邊－扭擰－—熱精整－懸掛控溫冷卻－—正火＋調（diào）質－—校直（zhí）－去（qù）應力（lì）－噴丸－—探傷—－防鏽—－檢驗入（rù）庫。

      根據曲軸鍛造工藝的不同可以分為以下幾種類型。

      （1）水平分模直接成形曲（qǔ）軸（圖１）。主要包括：單缸、雙（shuāng）缸、四缸、六缸曲軸等。大部分應用於乘用車的直列（liè）發動機上，其連杆頸呈１８０°分布，全部采用非調質鋼材料，鍛造工藝相對簡單。主要采用８００００ｋＮ及以下的設備鍛（duàn）打，對於更小型的轎車曲軸，常采用帶有步（bù）進（jìn）梁結構的自動（dòng）化線進（jìn）行大批量生產。通常采用：加熱－預鍛－終鍛（duàn）－切邊的模鍛工藝，一般不需要製坯（pī）工序，在切邊的同時完成熱精整。

      （２）曲麵分模直（zhí）接成形曲軸（圖２）。主要包括三缸、六缸等曲軸類型，部分的Ｖ８、Ｖ１０曲軸也采用這種工藝（yì）成形，主要應用於２００馬力（lì）以上的重型發動機上，連杆頸一般呈９０°，７２°和（hé）１２０°分布（bù）［１］。這（zhè）一類型的曲軸需要（yào）在２５０ｋＪ以（yǐ）上的設備上完成。國內（nèi）目前擁有多（duō）條該類型產品的自（zì）動線，需要單獨的製坯和精整設備。國內部分企業（yè）采用非調質鋼材料。

      （３）水平分（fèn）模扭曲成形曲軸。主要（yào）是指（zhǐ）帶有全平衡塊（kuài）結構的六（liù）缸１２平衡塊曲軸（zhóu）、Ｖ８、Ｖ１０曲軸等。這種類型的曲軸如果采用曲麵直接成形（xíng）工藝，會造成鍛件局部餘量較大、鍛造工藝性較差、鍛模壽命低等缺陷，一些Ｖ８、Ｖ１０曲軸（zhóu）甚至需要改（gǎi）變平衡塊形狀，從而導（dǎo）致嚴重的動平衡（héng）問題。因此，采用直接鍛造＋扭曲成形技術是這一類型產品最理（lǐ）想的生產工藝。該產品的（de）主要工藝難點在於扭曲（qǔ）和精整（zhěng）工藝的合理設計。其中（zhōng），以六缸曲軸的扭曲成形（xíng）工（gōng）藝最為常見（圖３），以五缸曲軸的扭曲工藝最為複雜，其扭曲設備的結（jié）構也比較複（fù）雜，目前國（guó）內還沒有五缸曲（qǔ）軸扭曲工藝及成形設（shè）備，一般要綜合采用（yòng）多台（tái）設備來完成。國外一些鍛造企業可以在一台設備（bèi）上完成扭曲和熱精整兩個工序，在節約設（shè）備的同時又提（tí）高了生產效率，值得國內（nèi）同行借鑒［２］。

      （４）曲麵分模扭（niǔ）曲成（chéng）形曲軸（圖４）。這種（zhǒng）類（lèi）型的曲軸（zhóu）較為少（shǎo）見，一般應用於高速發動機上，到（dào）目前（qián）還沒有看到有國內企業生產。這（zhè）種產品（pǐn）也稱為錯拐（guǎi）曲（qǔ）軸，即兩個（gè）連杆頸之（zhī）間通過（guò）一個平衡塊相連，３個曲柄和兩個連杆頸（jǐng）組成一個單元（yuán），一個曲軸一般有３個單元組成，互呈１２０°，兩個連杆頸之間的夾（jiá）角為３０°，或者是６０°。由於特殊的使用環境，其對鍛造工藝的精度要（yào）求非常高，因此鍛造工藝（yì）也最（zuì）為複（fù）雜，一般采用普通的分模方式無（wú）法鍛造成形，通過分析，這種產品（pǐn）可以通過曲麵（miàn）分模和扭曲成形相結合的方式實現（xiàn）。但模具結構非常複雜，尤其是扭曲和（hé）熱精整模具。通常可在６３０００ｋＮ熱（rè）模鍛壓力機上完成鍛造和（hé）切邊（biān），然後在８０００ｋＮ雙工（gōng）位液壓機上來完（wán）成扭曲和熱精整（zhěng）。

      ２　新（xīn）設備在曲軸鍛造線中的應用特點（diǎn）

      根據曲軸（zhóu）鍛件結構以及成形工（gōng）藝的不同，曲軸生產所需要的設備也不盡相同，大致可分為熱模鍛壓力機生產線、模鍛錘（chuí）生產線以及螺旋壓力機生產線等３種（zhǒng）類型（xíng）。其中，電動（dòng）螺（luó）旋壓（yā）力機曲軸鍛造技術是近幾年（nián）來的一個新的發展方（fāng）向。

      ２．１　模鍛錘生產線

      模鍛錘生產線又可分為蒸空氣鍛錘、程控電液錘以及電液對（duì）擊錘３種類型。其中（zhōng），蒸空氣鍛錘生產線由於效率低下，勞動（dòng）強度大，汙染嚴重，能（néng）源消耗大，生產成（chéng）本高，鍛件（jiàn）公差（chà）、餘量、出模斜度大，鍛件精度低等缺點，已經難以滿足現代發動機對曲軸加工方麵的需求，因此，采用蒸空氣鍛錘生產的曲軸將越來越少。隨著電液技術以及自動（dòng）化技術在鍛造（zào）設備上的廣泛應用，也（yě）有部分企業（yè）采用電液錘設備來生產大型的曲軸。尤其是鍛重在２５０ｋｇ以上的大型曲軸，仍然需要在４００ｋＪ的程控電液錘或者是４０ｔ·ｍ 及（jí）以（yǐ）上噸位的電液對擊錘（chuí）設備上生產，據了解國外（wài）有不少企業仍（réng）然在采用對擊錘設備（bèi）生（shēng）產大（dà）型的（de）曲軸鍛件。我國目前在（zài）這（zhè）一類（lèi）型的（de）鍛造設備上仍有投資的空間［３］。

      ２．２　鍛壓機生產線

      近幾年，隨著曲軸市場（chǎng）需求的不斷（duàn）擴（kuò）大，對曲軸鍛件質量的要求也日益提高。由於熱模鍛壓力機上模（mó）鍛曲軸件具有加（jiā）工餘量小、鍛件精度高（gāo）、質量穩定、可以自動（dòng）化（huà）生產、工人勞動強度低、對周圍環境（jìng）汙（wū）染小等特點（diǎn），受到越來越多的（de）曲（qǔ）軸鍛（duàn）造企業的青睞。２００５～２０１０年，我國分別（bié）從俄羅斯、德國、日本等國家引進十多條大型的曲軸自動化生產（chǎn）線，其中部分采用了韓國、日本的步進梁技術。但是，由（yóu）於這一類型的設備一次性（xìng）投資較大，設備結構複雜、維修不便、維修費用高、電氣電子元件需要檢修（xiū）調整、要求工人素質（zhì）高（gāo），同時具有設（shè）備行程固（gù）定（dìng）、有燜車可能等特點，目前這一類型的設備（bèi）主要還是集中（zhōng）在大型國有企業中。典型的鍛壓機生產線的設備組成如圖５所示（shì）［４－６］。

      ２．３　電動螺（luó）旋壓（yā）力機生產線

      近兩年，電動螺旋壓力（lì）機在我國的曲軸鍛造行業得到了快速發展，目前國內大都采用德國米（mǐ）勒萬家頓公司生產的ＰＺＳ係列的（de）電動（dòng）螺旋壓力機（jī）來（lái）生產各（gè）種類型的曲軸。與其他設備相比，造價較高，但是由於其行程（chéng）不固（gù）定（dìng）、不會產生燜車現象、可以（yǐ）實（shí）現（xiàn）多次打擊、輸出能量可控、設備整體結構簡單、維修方便、鍛件精度較高等優點，非常適合於大型曲軸（zhóu）的鍛造。特別是（shì）在鍛打一些小批量（liàng）、大變形、大截麵、平衡塊高深比相（xiàng）對較大的曲軸（zhóu）鍛件時（shí）優勢較為明顯（xiǎn）。

      ３　新技術在曲軸（zhóu）鍛造生產中的應用

      ３．１　半閉（bì）式模鍛工藝技術的應用

      目前，國內曲軸市場已經出現產能過剩的跡象，曲軸鍛件（jiàn）的市場競爭日益加劇。現階段，降成本成為許多企業最緊迫（pò）的事情。隨之而來（lái）的越來越多的新技術、新工藝開始應用於曲軸的（de）生產過程中（zhōng）。半閉式模鍛工藝是近年來應用較多的一種新的技術。其主要是借鑒了擠壓工藝的原（yuán）理，將曲軸的開式模鍛工藝通過適當的改（gǎi）進模具結構轉化為閉式鍛造的一種新型技術。它介於開式模鍛與閉式模鍛之（zhī）間，其關鍵是通過（guò）改變（biàn）鍛模的橋部結構（圖６），實現金屬在半封閉的模具型腔中擠壓成形，從而將鍛（duàn）件開式模鍛轉化為閉式擠（jǐ）壓（yā）模（mó）鍛，實現小飛邊鍛造，最大程度上提高材料（liào）利用率、降低生（shēng）產成（chéng）本。

      采用半閉式模鍛工藝，由於增加了型腔壓力，有利於成形複雜鍛件，特別是高深比大的鍛件成形，對提高鍛件充滿程度較為明顯，也降低了（le）曲軸的焊（hàn）補率。由於（yú）半閉式（shì）模鍛工藝中存在阻力牆結構，也可以提高鍛件水平方向的精度，減小錯移誤差（chà）。國外（wài）的鍛造企業很早就開（kāi）始采用這種工藝生產曲軸，雖然我們國家這幾年引進了不少先進的鍛壓設備，但（dàn）是在工藝（yì）研發（fā）方麵和國外還有很大的差距（jù）。許（xǔ）多企（qǐ）業還是停留在重設備、輕技（jì）術的（de）層麵上。有了好的設備，並不意味著能夠生產出好的產品，隻有做好技術上的提（tí）高，才能成為市場競爭中的優勝者。

      ３．２　曲軸鍛造的自動化生產

      ３．２．１　自動化（huà）生（shēng）產線

      鍛（duàn）造自動化生產線技術通常是指以工業機（jī）器人為核心單元，以信息技術和網絡技術為媒介，以ｐｒｏｆｉｂｕｓ現場總（zǒng）線控製（zhì）技術為通信手段，將所有設備連接到一起而形成的大型自動化（huà）生產線。能夠實現設備單元的自動化、生產工序過程自動化、管理自動化、基於ＷＥＢ技（jì）術的工廠安全過程（chéng）監控係統自動化以及（jí）故（gù）障診斷係統自動化等。其核心是設備（bèi）單元自動化和過程自動化。它是鍛（duàn）造企業先進製造技術（shù）應用的典（diǎn）型代表，是發（fā）展先進製（zhì）造技術實現鍛造生產線（xiàn）的數字化、網絡化和智能化（huà）的重要手段［４－５］，目前已成為國內外鍛造企業極力發展（zhǎn）的高新技術應用領域（yù）。

      自動化生產（chǎn）線的設計要求是生產穩定、設備電控能（néng）正常工作、工藝合理、多機配合協調、綜合經濟效（xiào）益高，達到優質、高產、低耗的目（mù）的。在整個生產線設計過程中，前期工藝分析尤為關鍵，生產線工藝方案的製定，關係到設備選型、經濟效益（yì）、生產能力（lì）、廠房建設、能源供應、設備平（píng）麵布置、操作方式等一係列的方案的實施，是項目成功與否的關鍵所在［４］。因此，鍛（duàn）造生產線的自動化（huà）控製技術（shù）的應用，既包含機械（xiè）電子以及自動控製技術，還涉及對製造工藝的熟練程度。目前（qián），我國從事這（zhè）方麵的專業技術人員非常少，也（yě）沒有專（zhuān）業性的企（qǐ）業從事這（zhè）方麵的研究，這（zhè）也是（shì）和國外差距最明顯（xiǎn）的地方（fāng）。

      ３．２．２　新型設備和工藝（yì）的適應性

      從自動化設備的發（fā）展趨勢來看，以熱模鍛壓力機為主的自動線，在生產大批量的曲軸類產品的生產中，優勢較為明顯（xiǎn）。但是，該類型的產品的（de）設備維護較為複雜，因此（cǐ），國內一些企（qǐ）業轉向采用米勒萬家頓（dùn）公司的ＰＺＳ係列的電動螺旋壓力機來鍛造曲軸。它可以很好的適應半閉式模鍛工藝的技術特點以及工藝要求。在其他（tā）如扭曲、切（qiē）邊、校正（zhèng）等一些曲軸鍛件的典（diǎn）型生產工序上，隨著新（xīn）型鍛壓設備的不斷發展，原來那種每個工序分別由不同設備來實現的生產方式，現在（zài）可以在一台設備上完成多個工序的（de）生產（chǎn），在節約設備的同時，也相應的縮（suō）短（duǎn）了工序之間的傳（chuán）遞時間，因此，更能（néng）體現（xiàn）出自動化生產的優越性。如國外的有些設備已經可以實現扭曲＋校正工序的自動化生產。而切邊＋校正工序也可以通（tōng）過複合工藝在單一設備上完成。

      隨著國內液壓機技術的日益完善，同時其又具（jù）有良好的經濟性、工藝適應性強等優點，正越來（lái）越多的被應用於大型的曲（qǔ）軸鍛造自動線上，但是曲柄壓力機仍然作為主導產品服務於鍛造業。現在，也出現了（le）同時帶有保壓功能的曲柄（bǐng）壓力機，在實現切邊功能的（de）同時對鍛件進（jìn）行精整校直，這種和工藝結合緊密的新型鍛壓設備將會得到（dào）廣泛的應用。

      ３．３　曲軸的低能耗製造

      在原（yuán）材料應用方麵，目前更多的碳鋼、合金鋼鍛件被微合金鋼、鋁（lǚ）合金（jīn）及鎂合金所代替。國外很多年以前就（jiù）實現了曲軸材料的１００％非調質鋼化［７］。我（wǒ）國由於標準等方麵的不同，至今仍有相當數量的曲軸采用調質材料生產，既浪費了能源，又增加了生產成本。從上遊企業來看，在微合金鋼原材（cái）料方麵（miàn）的技術研發上，我們仍然需要提高（gāo）。

      國（guó）內許多企業（yè）在采用非調質材料生產（chǎn）曲軸的（de）同時，也采用控溫冷卻技術來實現曲軸的餘熱處理。

      這樣既可以節省能（néng）源，也可以減小（xiǎo）設備投資、減少生產工序、降低生產成本、縮短生產（chǎn）周期。在車間廠房建設（shè）方麵，越來越多的企業建立了隔音的生產廠房，避免了對周圍環境的噪聲汙染；在車間內部，通過增加設備減震裝置、添加隔音溝槽等多種措施進行降噪處理；在粉塵治理上采用了新型的回（huí）收淨化裝置用於車（chē）間（jiān）的除塵等，最大限度的（de）降低了對車間人員的身體危害［８］。

      ３．４　聯合創新技術的發展

      在產品工藝研發（fā）上，國外的企業和科研院（yuàn）所之間的結合（hé）非常緊密，許多大（dà）型的鍛（duàn）造企業，都有（yǒu）自己的聯合技術研究（jiū）室，專門用（yòng）於新工藝新技術（shù）的研（yán）究（jiū），真正的形成了產學研結合的模（mó）式。雖然我（wǒ）國有眾多的研究所和大專（zhuān）院校，但（dàn）能夠和（hé）企（qǐ）業成立聯（lián）合技術研究所的不多，國外的零（líng）部（bù）件企業已經實（shí）現了和整（zhěng）車廠（chǎng）商（shāng）的產（chǎn）品上的同步開發，很值得國內的企業借鑒。現在的鍛造企業要想適應多變的市場需求，和整（zhěng）車廠產品的同（tóng）步開發是今後企業必須（xū）要麵對的問題。

      ３．５　計算機輔助技術的應用

      隨著製造（zào）業全球化的日益加快，在帶來更多機遇的同時，也加劇了市場（chǎng）競爭，而（ér）客戶對（duì）產（chǎn）品的質量及生產周期的要（yào）求越來越高。因此，傳統的生產工藝已經不能滿足市場的要求，這就要求企（qǐ）業（yè）向著產（chǎn）品設計的（de）數字化、鍛造生產的數字化、管理的數字化方向發展。對於（yú）曲軸類產品而言，新（xīn）的製造技術在不斷發（fā）展變化的同時，計（jì）算機輔助技術也開始應用於曲軸產（chǎn）品的工藝開（kāi）發當中。

      首先，由於ＰＲＯ／Ｅ、ＵＧ、ＣＡＴＩＡ 等大型ＣＡＤ、ＣＡＭ 軟件的廣泛應用（yòng），鍛件圖及工裝圖的設計開發變成了（le）３Ｄ的（de）直接建模，傳統的車削加工全部被數控技術代替。其次，隨（suí）著有限（xiàn）元技術（shù）的廣泛應用， 一些專用軟件如（rú）ＤＥＦＯＲＭ、Ｑｆｏｒｍ、ＦＯＲＧＥ、ＶｅｒａＣＡＤ等ＣＡＥ鍛造模（mó）擬技術開始更多的被鍛造企（qǐ）業采用（圖７），從而可以使設計人員在計算機中完成產（chǎn）品設計的優化及修訂工作。既減（jiǎn）少了（le）試模的時間，也（yě）縮短了產品的開發周期。同時，一些特（tè）殊的製造技術也開始（shǐ）應用（yòng）於鍛造業，如快速成形技術，逆（nì）向工程及ＣＡＴ技術。

      ４　結語

      從傳統的觀點來看，鍛造行業實際（jì）上是一個沒有自我產品研發的外包產業（yè），其在產（chǎn）業鏈中所處的位置不斷的被（bèi）上下遊企（qǐ）業所侵蝕。因（yīn）此（cǐ），要想（xiǎng）實現整個行業的長久發展，首先要重點做好技術的研發和創新，在引進國外先進技術的基礎上要不斷的（de）消化吸收再創新；其次是優化生產工藝，降低成本消耗、縮短產品開發周期、適應快速變化的市場，走專業（yè）化的生存（cún）之路（lù）。隻有這樣（yàng），才能使（shǐ）我們國（guó）家的曲軸製（zhì）造水平在國際市場中有（yǒu）更大的競爭（zhēng）力。