隨著中國汽車製造業高（gāo）速發展，對曲軸零部件（jiàn）的（de）需求量也（yě）逐年增高，這使得近（jìn）幾（jǐ）年來大量的資金（jīn）投向（xiàng）了曲軸加工行業。曲軸（zhóu）作為主（zhǔ）要承力部件，它承受（shòu）的載荷很大（dà）且受力情況複雜。這就要求曲軸有較高的強度、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，國內曲軸市場的總需求量大概每年（nián）在３０００萬隻左右（主要（yào）指汽車市場），絕大部分都是采用鍛（duàn）造生產工藝。隨著發動機技術的（de）不斷提高（gāo），對曲軸生產工藝的要求也（yě）越來越高，為了滿足不斷提高的技術要求以及複雜的使用（yòng）環境，越來越多的（de）新技術、新工藝、新裝備正應用（yòng）於曲軸鍛造業。

      １　曲軸的分類和模鍛工藝特點

      和其他鍛件產品相比，曲軸鍛件一般被認為是較（jiào）為複雜的鍛件類型之（zhī）一，鍛造工藝難度（dù）較高，為了保證產品的質量要求，需要通過多種工序才能完成。由於（yú）其結構具有類似性，典型的工藝（yì）路線為：下料—－加熱－輥鍛製坯－—壓扁－預鍛－終鍛－切邊－扭擰－—熱精整－懸掛控溫冷卻－—正火＋調質－—校直－去（qù）應力－噴丸－—探傷—－防鏽—－檢驗入庫。

      根據（jù）曲軸鍛造工藝的不同（tóng）可以分為以（yǐ）下幾種類型（xíng）。

      （1）水平分模（mó）直接成形曲軸（圖１）。主（zhǔ）要包（bāo）括：單缸、雙缸、四缸、六缸曲軸等。大部分應用於乘用車的直列發動機上，其連杆頸呈１８０°分布（bù），全部采用非調質鋼（gāng）材（cái）料，鍛造工藝相對簡單。主要采用８００００ｋＮ及以下的設（shè）備鍛打，對於更小型的轎車曲軸，常（cháng）采用帶有步（bù）進梁結構的自動化線進行大批（pī）量生產。通常采用：加熱（rè）－預鍛－終鍛－切邊的模鍛工藝，一般（bān）不需要製坯（pī）工序，在（zài）切邊的同時（shí）完（wán）成熱精整。

      （２）曲麵分模（mó）直接成形曲軸（圖２）。主要包括三缸、六缸等曲軸類型，部（bù）分的Ｖ８、Ｖ１０曲軸也采用這種（zhǒng）工藝成形，主要應用於（yú）２００馬力以（yǐ）上的重型發動機上，連杆頸一般呈９０°，７２°和１２０°分布［１］。這（zhè）一（yī）類型的曲（qǔ）軸需要在２５０ｋＪ以上（shàng）的設備上完成。國內（nèi）目（mù）前擁有多條該類型產品的自動線，需要（yào）單獨的製坯和精整設備。國內部分企業采用非調質鋼材料。

      （３）水平分模扭曲成形曲軸。主要是指帶有全平衡塊結構的六缸１２平衡塊曲軸、Ｖ８、Ｖ１０曲軸等。這種類型的曲軸如果采用曲（qǔ）麵直接成形工（gōng）藝，會造成鍛（duàn）件局部餘量較大、鍛造工（gōng）藝性較差、鍛模壽命低等缺陷，一些Ｖ８、Ｖ１０曲軸甚至（zhì）需要改變（biàn）平衡塊形狀，從而導致（zhì）嚴重的動平衡問題（tí）。因此，采用直接鍛造＋扭曲成形技術是這一類型產品最理想的生產工藝。該產品的主要工藝難點在於扭曲和精整工藝的合理設計。其中，以（yǐ）六缸曲軸的（de）扭曲成形工藝最為常見（圖３），以五缸曲軸的扭曲工藝最為複雜，其扭曲設備的結構也比較複雜，目前國內還沒有五缸曲軸扭曲工藝及成形設備，一般要綜（zōng）合采用多台設備來完成。國外一些鍛造企業（yè）可以（yǐ）在一台設備上（shàng）完成扭（niǔ）曲和熱精整兩個（gè）工序，在節約設備的同時又提高了（le）生（shēng）產（chǎn）效率，值得（dé）國內同（tóng）行借鑒［２］。

      （４）曲麵分模扭（niǔ）曲成形曲軸（zhóu）（圖４）。這種類型的曲軸較（jiào）為少見，一般（bān）應用於高（gāo）速發動機上，到目（mù）前還沒有看到有國內企業生產。這種產品（pǐn）也稱為（wéi）錯拐曲軸，即兩個連杆頸之間通過一個平衡塊相連，３個曲柄和兩（liǎng）個連杆頸組成一個單元，一個曲軸一般有３個單元組成，互呈１２０°，兩個連杆頸之間的（de）夾角（jiǎo）為３０°，或（huò）者是６０°。由於特殊的使（shǐ）用環境，其對鍛造工藝的精度要求非常高，因此鍛造工藝也最為複雜，一般采用普通（tōng）的（de）分模方式無法鍛造成形，通過分析（xī），這種產品可以通（tōng）過曲麵分模和扭曲成形（xíng）相結合的方式實（shí）現。但模具結構非常複雜，尤其是扭曲和熱精整模具。通常可在６３０００ｋＮ熱模鍛壓（yā）力機（jī）上完成鍛造和切邊（biān），然後在８０００ｋＮ雙工位（wèi）液壓機上來完成扭曲和熱（rè）精整。

      ２　新設備在曲（qǔ）軸鍛造線中的應用特點（diǎn）

      根據曲軸（zhóu）鍛件結構以及成（chéng）形工（gōng）藝的（de）不同，曲軸生（shēng）產所需（xū）要的設備（bèi）也不盡相同，大（dà）致可（kě）分為（wéi）熱模鍛（duàn）壓力機（jī）生產線、模鍛錘生產線以及（jí）螺旋（xuán）壓力機生產線等３種類型。其中，電動螺旋壓力機（jī）曲軸鍛造技術（shù）是近（jìn）幾年來的一個新（xīn）的發展方向（xiàng）。

      ２．１　模鍛錘生產線

      模（mó）鍛（duàn）錘生產線又可分（fèn）為蒸空氣鍛錘、程控電液錘以及電液對擊錘３種類型（xíng）。其（qí）中，蒸空氣鍛錘生產線（xiàn）由於效率低下，勞動強度大，汙（wū）染嚴重，能源消耗大，生產成本高，鍛件（jiàn）公差、餘量、出模斜度大（dà），鍛件精（jīng）度低等缺點，已經難以滿足現代發動（dòng）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（yuè）來越少。隨著電液技術以及自動化（huà）技術在鍛造設備上的廣泛應用，也（yě）有部分企業采用電液錘設備來生產大型的曲軸。尤其是鍛（duàn）重在２５０ｋｇ以上的大型曲軸，仍然需要在４００ｋＪ的（de）程控電液錘（chuí）或者是４０ｔ·ｍ 及以上噸位的電液對擊錘設備上生產（chǎn），據（jù）了解國外有不少企業（yè）仍然在采用對擊錘設備生產大型的曲軸鍛件。我國目（mù）前在這一類型的鍛造設備上仍（réng）有投資的空（kōng）間［３］。

      ２．２　鍛壓機生產線

      近幾年，隨著（zhe）曲軸市場需求的不斷擴大，對（duì）曲軸鍛件質（zhì）量的要求也日益提高（gāo）。由於熱模鍛壓力機上（shàng）模鍛曲軸件具（jù）有加工（gōng）餘量小、鍛件精度高、質量穩定、可以自動化生產、工人勞動強度低、對周圍環境（jìng）汙染小等特點（diǎn），受到越來越多的曲軸鍛造企業的（de）青（qīng）睞。２００５～２０１０年，我國分別從俄羅斯、德國、日本等國家引（yǐn）進十多條大型的曲軸自動化生產線，其中部分采用（yòng）了韓國、日本的步進梁（liáng）技術（shù）。但是，由（yóu）於這（zhè）一類型的設備一（yī）次性投資較大，設備結構複雜、維修不便、維修費用高、電氣電子元件需要檢（jiǎn）修調整、要求工人素質（zhì）高，同時具有設備行程固（gù）定、有燜車可能等特點，目前這一類型的設備（bèi）主（zhǔ）要還是集中在大型國有企業中（zhōng）。典型的鍛壓（yā）機生產線的設備組成如圖５所示［４－６］。

      ２．３　電動螺（luó）旋壓力機生產線（xiàn）

      近兩年，電動螺旋壓力機在我國的曲（qǔ）軸鍛造（zào）行業（yè）得到了快速發展，目前國內大都采用德（dé）國米勒萬家頓公司生（shēng）產的ＰＺＳ係（xì）列的電動螺旋壓力機來生產各種類型的曲軸。與其他設（shè）備相（xiàng）比，造價較高，但是由於其行程不固定、不會產生燜（mèn）車現象、可以實現多次打擊、輸（shū）出能量可（kě）控、設備整體結構簡單、維（wéi）修方便、鍛（duàn）件精（jīng）度（dù）較（jiào）高等優點，非常適合於大型曲軸的鍛（duàn）造（zào）。特別（bié）是（shì）在（zài）鍛打一些小批量（liàng）、大變（biàn）形、大截麵、平衡塊高深比相（xiàng）對（duì）較大的曲軸鍛件時優勢較為明顯。

      ３　新技術（shù）在曲軸（zhóu）鍛造生產中的應用

      ３．１　半閉式模鍛工藝技術的應用

      目前，國內（nèi）曲軸市場已經出現產能過（guò）剩的跡象，曲軸鍛件的市場競爭（zhēng）日益加劇。現階段，降成（chéng）本成為許多企業最（zuì）緊迫的事情。隨之而來的（de）越來越（yuè）多的新（xīn）技術、新工藝開始應用於曲（qǔ）軸的生產（chǎn）過程中。半閉式模鍛工藝是（shì）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進模具結構轉化為閉（bì）式鍛造的（de）一種新型技術（shù）。它介於開式模鍛（duàn）與閉式模鍛之間（jiān），其關鍵是通過（guò）改變鍛模的橋部結構（圖（tú）６），實現金屬在半封閉的模具型腔中擠壓成形，從而將鍛件開式模鍛轉化為閉式（shì）擠壓模鍛，實現小飛邊（biān）鍛造，最大程度上提高材料（liào）利用率、降低生產成本。

      采用半閉式模鍛工藝，由於增加了型腔壓（yā）力，有利於成形複雜鍛件，特別（bié）是高深比大的鍛件成形，對提高鍛件充滿程度（dù）較為明顯，也降低了曲軸（zhóu）的焊補率。由於半閉式模鍛（duàn）工藝中存在阻力（lì）牆結（jié）構（gòu），也可以提高鍛件（jiàn）水平（píng）方向的精（jīng）度，減小（xiǎo）錯移誤差。國外的鍛造企業很早就開（kāi）始采用這種工（gōng）藝生產曲軸，雖然我們國家這幾年引（yǐn）進了不少先進的鍛壓設備（bèi），但是在工藝研發方（fāng）麵（miàn）和國外還有很大的差距。許多企業還是（shì）停留在重設備、輕技（jì）術的層麵上。有了好的設備（bèi），並不意味著能夠生（shēng）產出好的產（chǎn）品，隻有做好（hǎo）技術上的提高，才能成為市場競爭中的優勝者。

      ３．２　曲（qǔ）軸鍛造的自動化生產

      ３．２．１　自動化生產（chǎn）線

      鍛造（zào）自動（dòng）化生（shēng）產線技術通常（cháng）是指以工業（yè）機器人（rén）為核心單元，以信息技術和網絡技術為媒（méi）介，以ｐｒｏｆｉｂｕｓ現場（chǎng）總線控製技術（shù）為通信手段，將所（suǒ）有設備連接到一起而形成的大型自動化生產線。能夠實現設（shè）備單（dān）元的（de）自動化、生產（chǎn）工序過程自動化、管理自動化、基於ＷＥＢ技術的工廠安全過程監控係統自動（dòng）化（huà）以及故障診（zhěn）斷係統自動化等。其核心是設（shè）備單元自動化和過程自動化。它是鍛造企業先進製（zhì）造技術應用的（de）典型代表，是發展先進製造（zào）技術實現鍛造生產線的（de）數字化、網絡化和智能化的重要手段［４－５］，目前已成為國內外鍛造企業極力發展的高新技術應（yīng）用領域。

      自動化生產線的（de）設計要求是生產（chǎn）穩定、設備電控能（néng）正常工作、工藝合理、多機配合協調、綜合經濟效益高，達到優質、高產、低耗的目的。在整個生產線設計過程中，前期工藝分析（xī）尤為關鍵，生產線工藝方案的製定，關係到設備選型、經濟（jì）效益、生產能力、廠房建設、能（néng）源供應、設備平麵布置、操作方（fāng）式等一係列的方案（àn）的（de）實施，是項目成功與否的關（guān）鍵所在［４］。因此，鍛造生產線的（de）自動化控製（zhì）技術的應用，既（jì）包（bāo）含機械（xiè）電子以及自動（dòng）控製技術，還涉及對（duì）製造工藝的熟練程度。目前（qián），我國從事這方麵的專業技術人員非常（cháng）少，也沒有專業性的企業從事（shì）這方麵的研究，這也是和國外差距最明顯（xiǎn）的地方。

      ３．２．２　新型設備和工藝的適應性

      從（cóng）自動化設（shè）備的發展趨勢來看，以熱模（mó）鍛壓力機為主的自動線，在（zài）生產大批量的曲軸類（lèi）產品的（de）生產中，優勢較為明顯。但是，該類型的產品的設備維護較（jiào）為複雜，因此，國內一些企業轉向采用米勒（lè）萬家頓公司的ＰＺＳ係列的電動（dòng）螺旋壓力機來鍛造曲軸。它（tā）可（kě）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（qí）他如扭曲、切邊、校正等一些曲軸鍛件的典型生產工序上（shàng），隨著（zhe）新型鍛壓設備的不斷發（fā）展，原來（lái）那種每（měi）個工序分別由不同設備來實現的生（shēng）產方式，現在可以在一台設備上完成多個工序的生產（chǎn），在（zài）節約設備的同時，也相應的縮短了工序之間的（de）傳遞時間，因此，更能體現出（chū）自動化生產的優越性。如國（guó）外的有些設（shè）備已經（jīng）可以實現扭曲＋校正（zhèng）工序的自動化生產。而切邊＋校（xiào）正工序也可（kě）以通過複合工（gōng）藝在單一設備上完成（chéng）。

      隨著（zhe）國內液壓機（jī）技術的日益完善，同時其又具有良好的經濟性、工藝適應性強等優點，正越來越多的被應用於大型的曲軸鍛造自動線上，但（dàn）是曲（qǔ）柄（bǐng）壓力機仍然作為主（zhǔ）導產品服務於鍛造業（yè）。現在，也出現了同時帶有保壓功能的曲柄壓力機，在實現切邊（biān）功能的同時對鍛件（jiàn）進行精整校直，這（zhè）種和工藝結合緊密的新型鍛壓設備將會得到廣泛的應用。

      ３．３　曲軸的低能耗製造

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

      國內許多企業在采用非調質材料生產曲軸的同時，也采用控（kòng）溫冷卻技（jì）術來實現曲軸的餘熱處理。

      這樣既可（kě）以節省能源，也可以減小設備投資、減（jiǎn）少生產工序、降低生產成本、縮短生產周期。在車間廠房建設方麵，越來越多的企業建立了隔（gé）音的生產廠房，避免了對周圍環境的（de）噪聲汙染；在車間內部，通過增加設備減震裝置、添加隔（gé）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收淨化裝置用於車間的除塵等（děng），最大（dà）限（xiàn）度的降低了對車間人員的身體危害［８］。

      ３．４　聯（lián）合創新技術（shù）的發展

      在產品工藝研發上，國外的企業和科（kē）研院所之間的結合非常緊密，許多大型的（de）鍛造（zào）企業，都有自己的聯合技術研究室（shì），專（zhuān）門用於新（xīn）工藝新技術的研究，真正的形成了產學研結合的模式。雖然我國有眾多的研（yán）究所和（hé）大專（zhuān）院校，但能夠和企業成立聯合技術研究所的不多，國外的零（líng）部件企業已經實現（xiàn）了和整車廠商的產品上的同步開發，很值得國內的企（qǐ）業借鑒。現在的鍛造企業要想適應多變的市場需求（qiú），和整車廠產品的同步開發是今後企業（yè）必須要麵對的問題。

      ３．５　計算機輔助技術的應（yīng）用

      隨著製造業（yè）全球化的日益加快，在帶來更多機遇的同時，也加劇了市場競爭，而（ér）客（kè）戶對產品的質量及生產周期的要求越來越高。因此（cǐ），傳統的生產工藝（yì）已經（jīng）不能滿足市場的要求，這就要求企業（yè）向（xiàng）著產品（pǐn）設（shè）計的數字化、鍛造生產的數（shù）字化、管理的數字（zì）化（huà）方向（xiàng）發（fā）展。對於曲軸類產（chǎn）品而言，新的製造技（jì）術在不斷發展變化（huà）的同時，計算機輔助技術也開始應用於曲軸產品的工藝開發當中。

      首（shǒu）先，由於（yú）ＰＲＯ／Ｅ、ＵＧ、ＣＡＴＩＡ 等（děng）大型ＣＡＤ、ＣＡＭ 軟件的廣泛應用（yòng），鍛件圖及（jí）工裝圖的（de）設計開發變成了３Ｄ的直接建模，傳統的車削加工全部被數控技術代替。其次，隨著有限元技術的（de）廣泛應用， 一些專用軟件如ＤＥＦＯＲＭ、Ｑｆｏｒｍ、ＦＯＲＧＥ、ＶｅｒａＣＡＤ等ＣＡＥ鍛造模（mó）擬技術開始更多的被鍛造企業采用（圖７），從而可以使設計（jì）人員在計算機中完成產品設（shè）計的優化及修訂工（gōng）作。既減少了試模的時間，也縮短了（le）產品的開發周期。同時，一（yī）些特殊的製造技術也開始（shǐ）應用於鍛造業（yè），如快速成形技術，逆向工程及ＣＡＴ技（jì）術。

      ４　結語

      從傳（chuán）統的觀點（diǎn）來看，鍛造行業實（shí）際上是一個沒有（yǒu）自我產品研（yán）發的外包產業，其在產業鏈中所處的位置不斷的被上下遊（yóu）企業所侵蝕。因此，要想實現整個行業的長久發展，首先要重點做好技術的（de）研發和（hé）創新，在引進國外先進技術的基礎上要不斷的消（xiāo）化吸收再創（chuàng）新；其次是優化生產（chǎn）工藝，降低成（chéng）本消耗、縮短產（chǎn）品開（kāi）發周期、適應快速變化的市場，走專業化的生存之路。隻有這（zhè）樣，才能使我們國家的曲軸製（zhì）造水平在國（guó）際市場中有更大的競爭力。