引言: 曲（qǔ）軸是內燃發動機中的（de）關鍵零件之一,也是內燃機中（zhōng）最難加（jiā）工的工件之一。曲軸在發動機中是將活塞（sāi）連杆的住（zhù）複運動變為旋轉運（yùn）動, 其在工作過程中會不斷承（chéng）受很大的（de）彎曲應力和扭轉應力, 且受力情（qíng）況異常複雜。所以對曲軸的抗拉強度、剛度（dù）、耐磨（mó）性、耐疲勞性以及衝擊韌性等都提出了更高的要求。曲軸的主要失效形式是軸頸磨損和疲勞（láo）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術同（tóng）樣都有著更（gèng）高的要求。

      1 國內外（wài）曲（qǔ）軸加工技（jì）術（shù）的現狀

      目前車用發動機（jī）曲軸材質主（zhǔ）要有球墨鑄鐵和鋼兩類。由於球墨鑄鐵（tiě）曲軸成本隻（zhī）有調質鋼曲軸成本的1/3 左右, 且球墨（mò）鑄（zhù）鐵的切削性能良好, 可獲（huò）得較理想（xiǎng）的結構形狀（zhuàng）, 並且和鋼（gāng）質曲軸一樣可（kě）以進行（háng）各種熱處理和表麵強（qiáng）化處理來提高曲軸（zhóu）的抗疲勞強度、硬度和耐（nài）磨性。所以球墨鑄鐵曲軸在國內外得到了廣泛應用（yòng）。據統計資料顯示, 車用（yòng）發動機曲軸采（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（wài）, 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軸的趨勢則更加明顯, 中小（xiǎo）型功率（lǜ）柴油（yóu）機曲軸85%以上采用球墨鑄鐵, 而功率（lǜ）在160kW以上（shàng）的發動機曲軸多（duō）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:

      氮化處理。氮化能提高曲（qǔ）軸疲（pí）勞強度的20%~60%。

      噴丸處理。曲軸經噴丸處理（lǐ）後能提高疲勞（láo）強度20%~40%。圓角與軸頸同時感（gǎn）應（yīng）淬（cuì）火處理。該強化方式應用於球鐵曲軸時, 能提高疲勞強度20%, 而應用於（yú）鋼軸時, 則能提高l00%以（yǐ）上。

            複合強化處（chù）理。它（tā）是指應用多種強化工藝對曲軸進行強化處理, 球墨鑄鐵曲軸采用圓角該滾（gǔn）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（zhóu）主（zhǔ）軸頸和連杆（gǎn）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:

      傳統的曲軸主（zhǔ）軸頸及連杆軸頸（jǐng）的多刀（dāo）車削工藝。生產效率和（hé）自動化程度相對較低。粗（cū）加工設備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及連杆軸頸, 工序的質量穩定性差, 容易（yì）產生較大的（de）內應力, 難以達到合理的加工（gōng）餘量。一般精（jīng）加工采用曲軸（zhóu）磨床,通（tōng）常靠手工操作, 加工質量不穩（wěn）定, 尺寸的一致性差。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、場地占用麵積大, 且完（wán）全是靠多台設（shè）備分解工序和餘量來提高生產效率。

      數控車削工藝。數控車削設備價格相對（duì）便宜,不需要複雜的刀具, 但隻適合小批量生產。數控內銑（xǐ）銑削工藝（yì）。內銑設（shè）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（kòng）車—車拉工藝。其突出優點是可對寬軸徑進行分層加工, 切削（xuē）效率高, 加工（gōng）質量好, 但車拉（lā）刀具結構複雜, 技術含量高, 並且長期依靠（kào）進口, 好處是可集車（chē）—車拉（lā）工藝（yì）加工連杆軸頸（jǐng）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 年代新興起來的一種新型加工（gōng）工藝, 其適用範圍廣（guǎng）, 特別雙刀盤數控高速外銑以其加工效率高、加工質量穩定、自動化（huà）水平高, 已成為（wéi）當（dāng）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（lián）杆軸頸要二道工序, CNC高速外銑隻要（yào）一道工序就能完成, 切削速度高( 目前最高可達350m/min) 、切削時間較短、工序循環時間較短、切削力較小、工件溫（wēn）升較低、刀具壽命高、換（huàn）刀（dāo）次數少、加工精度更高、柔性更好。如德國BOEHRINGER 公司專為汽車（chē）發動機曲軸設計製造的柔性的高速隨動數（shù）控外銑床VDF315 OM- 4 型, 該設備應用工件（jiàn）回轉和銑刀進給（gěi）伺服連動控製技術, 可以一次裝夾不（bú）改變曲軸回轉中心隨動跟蹤銑（xǐ）削（xuē）曲軸的連（lián）杆（gǎn）軸（zhóu）頸。其采用一體化複合材料結構床身（shēn）, 工件兩端電子同（tóng）步旋轉（zhuǎn）驅動, 具有幹式切削、加工精度高、切削效率高等特點; 使（shǐ）用（yòng）SIEMENS 840D CNC 控製係統, 設備操作說（shuō）明書在人機界麵上, 通過輸入零件的基本參數即可自動生成加（jiā）工（gōng）程序, 可（kě）以加工長度450～700mm、回轉（zhuǎn）直徑在380mm以內的各種曲軸, 連杆軸頸（jǐng）直徑誤差僅為±0.02mm。

      數控曲軸磨（mó）削工藝。精加工使用數控磨床, 采（cǎi）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（kòng）製等控製裝置, 使各尺寸公差（chà）及形位（wèi）公差得到可靠的保證, 精加工還廣泛使用（yòng）數控砂帶拋光機進行超精加工（gōng）, 經超精（jīng）加（jiā）工後的曲軸軸頸表麵粗糙度至少提高一級精度。如GF70M- T 曲軸磨床是日本TOYADA工機開（kāi）發生（shēng）產的專用曲軸磨床, 是為了滿（mǎn）足多品（pǐn）種、低成本、高精度、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服聯動控製技術（shù）, 可以一次裝夾而不改變曲（qǔ）軸回（huí）轉中心即可（kě）完成所有軸頸的磨（mó）削, 包括隨動（dòng）跟蹤磨削（xuē）連杆（gǎn）軸頸;采用靜壓主軸、靜壓（yā）導軌、靜（jìng）壓進給絲杠( 砂輪頭（tóu）架) 和線性光柵閉環控製（zhì）, 使用TOYADA 工機生產的GC50 CNC控製係統, 磨削軸頸圓度（dù）精度可達到0.002mm; 采用CBN 砂輪, 磨（mó）削線速度（dù）高達120m/s, 配雙砂輪頭架, 磨削效率極（jí）高。

      2 國內外曲軸加工技術展望

      美國、德國、日本等（děng）汽車工業（yè）發達國家都致力於開發綠色環保、高性能發動機, 目（mù）前（qián）各個廠家采用發動機增壓、擴缸及提高轉速來提高功率的方法（fǎ）, 使（shǐ）得曲軸各軸（zhóu）頸要（yào）在很高的比（bǐ）壓（yā）下高速轉動（dòng）,發動機正向著增壓、增壓中冷、大功率、高可靠性、低排放方向發展。曲軸作為發動機的心髒, 正麵臨著安全性（xìng）和可靠性（xìng）的嚴峻挑戰, 傳統材料和製造工藝已無（wú）法滿足其功能要求, 市場對曲軸材質以及毛坯加工技（jì）術、精度、表麵粗糙度、熱處理和表麵強化、動平衡等要求都十（shí）分嚴（yán）格。如果其（qí）中任何（hé）一個環節質量沒（méi）有得到保證（zhèng）, 則可嚴重影響曲軸的使（shǐ）用壽命和整（zhěng）機的（de）可靠性。世（shì）界汽車工業發達國家對曲軸的加工十分重視, 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（yì）識到形勢的緊迫性, 引進了為數不少的（de）先進設備（bèi）和技術, 以期提高產品的整體競爭力, 使得曲軸的製造技術水平有了（le）大幅提（tí）高（gāo）, 特別是近5 年來發展更為迅猛。

      目前國內轎（jiào）車曲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曲軸, 而且還可加工變型產品、換代產品和新產品, 真正具備柔性意義。為進一步提高高速（sù）柔性（xìng）生產線的生產（chǎn）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: 滿足市場變化的需求。不但滿足當前產（chǎn）品的要求, 還應考慮（lǜ）未來市場需求。滿足生產方式的需求。能滿足現（xiàn）代發動機“多品種、大（dà）中批量、高效（xiào）率、低成本”的生產需求（qiú）。符合“精益生產”的（de）原則。杜絕浪（làng）費, 用最（zuì）少投資、最大回報謀取利潤。由於發動機曲軸自身結構的特殊性, 曲軸AFTL 應具備以下（xià）特點: 由高速加工中心和高效專用機（jī）床( 含少量組合機床) 組成。按工藝流程排列機床（chuáng）並由（yóu）自動輸送裝置連接, 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（chéng）全線停產, 可（kě）增設平行設備增補, 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, 其製造水平直（zhí）接反映著一個國家的裝備製造業水平的（de）發展（zhǎn）狀況（kuàng）, 做為裝備製造（zào）業大國, 我們要（yào）大力發展裝備製造業（yè）,逐步縮短國內外技術差距（jù）,加大（dà）技術投入力度（dù）,消化吸收國外先（xiān）進製造技術, 不斷創新（xīn）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非常重要的意義。