引言: 

      曲軸是內燃發動機中的關鍵零件之一,也是內燃機中最難（nán）加工的工件之一（yī）。曲軸（zhóu）在發動機中是將活塞連杆的住複運動變為旋轉運動, 其在工作過程中會不斷承受很大的彎曲應（yīng）力和扭轉應力, 且受力情況異常複雜。所以（yǐ）對曲軸（zhóu）的抗拉（lā）強度、剛度、耐磨性、耐疲勞性以及衝（chōng）擊韌性（xìng）等都（dōu）提出了更高的要求。曲軸的主（zhǔ）要失效形式是軸頸磨損和疲勞斷（duàn）裂, 因此對曲軸（zhóu）在生產製造環節強化工藝技術和機械加工技術同樣（yàng）都有著更高的要求。

1 國內外（wài）曲軸加工技（jì）術的現狀（zhuàng）

      目前車（chē）用發動機曲軸材質主要有球墨鑄（zhù）鐵和鋼（gāng）兩類。由於球（qiú）墨鑄鐵曲軸成本隻有調質鋼曲軸成本（běn）的1/3 左右, 且球墨鑄鐵的切削性能良好, 可獲得較理想的結構形（xíng）狀, 並且和鋼（gāng）質曲軸一樣可以（yǐ）進行（háng）各（gè）種熱處（chù）理和表麵（miàn）強化處理來提高曲軸（zhóu）的抗疲勞強度、硬度和耐磨性。所以（yǐ）球墨鑄鐵曲（qǔ）軸在（zài）國內外得到了廣泛應用。據統計資料顯示, 車用發動（dòng）機曲軸采用球墨鑄鐵材質的（de）比例在美國為90%, 英國為85%, 日本為60%, 此外, 德國、比利時等國家也已經大批量采用。國內（nèi）采用球墨鑄鐵曲軸的趨勢則更加明顯（xiǎn）, 中小（xiǎo）型功率柴油（yóu）機曲軸85%以上采用球墨鑄鐵, 而功率在160kW以上的發動機曲（qǔ）軸（zhóu）多采用鍛鋼（gāng）曲軸。

1.1 曲軸的強化（huà）工藝技術（shù）。目前（qián）國內外曲軸常見的強化工藝大致有（yǒu）如下幾種:

      氮化處理。氮化能提高曲軸疲勞強度的（de）20%~60%。

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

      圓角與軸頸同時感應淬（cuì）火（huǒ）處理。該強（qiáng）化（huà）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%以上。

      圓角滾壓處理。球鐵（tiě）曲軸經圓角該（gāi）壓後壽命可提高120%~300%, 鋼軸經圓角液壓後壽命可提高70%~150%。曲軸圓角滾壓強化工藝（yì）主要包括曲軸圓（yuán）角滾壓和曲軸（zhóu）滾壓校正兩部分。在滾壓過（guò）程中, 由伺服傳動係（xì）統控製曲軸旋轉的轉速和旋（xuán）轉角度, 同時由液（yè）壓伺服控製（zhì）係統控製液壓過（guò）程的（de）壓力負（fù）載（zǎi）, 使每個主（zhǔ）軸頸（jǐng）和連杆頸依次完成整個滾壓過程。對彎曲曲軸的校直處理（lǐ）首先要檢測曲軸的彎曲變形數（shù）據即彎曲度的大小和相位方向, 然後用擺差傳感器檢測各主軸頸處的擺差, 繼而由專家係統數據庫對（duì）擺差數據進行分（fèn）析處理並給出校直方案, 即給出在某幾個主（zhǔ）軸頸或連杆頸上的再施（shī）壓方案, 從而利用此施壓方案重新按壓產生新的變形來消除曲軸（zhóu）的彎曲。國外應用的圓角滾壓（yā）技術已相當先進, 可一次完成對所有圓角的滾壓（yā）, 且可做到主軸頸與連杆軸（zhóu）頸圓角的壓力不同, 同一（yī）連（lián）杆軸頸圓角（jiǎo）在不同方向上的壓力也（yě）可不同。這樣可經濟地達到最佳的滾壓效果, 最大（dà）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增至100%～280%。

      複合強化處理。它是指（zhǐ）應（yīng）用多種強化工藝對曲軸（zhóu）進（jìn）行強化（huà）處理, 球墨鑄鐵曲軸采用圓（yuán）角該滾壓（yā）工藝與離子氮化工藝結合使用, 可（kě）使整個曲軸的抗疲勞強度提高130%以上。

1.2 曲軸的機械（xiè）加工技術。曲軸主軸頸和連杆軸頸的粗加工、半（bàn）精加工工藝和精加工工藝, 大體分為以下幾種:

      傳統的曲軸主軸頸及連杆軸頸的多刀車削工藝（yì）。生產效率和自動化程度相（xiàng）對較低。粗加工設備多采用多刀車床（chuáng）車削曲（qǔ）軸（zhóu）主軸頸及連杆軸頸（jǐng）, 工序的質量穩定性差, 容易產生較大的內應力, 難以達到合理的加工餘（yú）量（liàng）。一般精加工采用曲軸磨床,通常靠手工操作, 加（jiā）工（gōng）質量不穩定, 尺寸的一致性差。老式（shì）生（shēng）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, 且完全是靠多（duō）台設備分解工（gōng）序（xù）和餘量（liàng）來提（tí）高生產效率。

      數控（kòng）車（chē）削工藝（yì）。數控車削設備價格相對便宜,不需要複雜的刀具, 但隻適合小批量生產。 

      數控內銑銑削工藝。內銑設備（bèi）價格較高, 刀（dāo）具費用也（yě）很高, 但適合大批量生（shēng）產（chǎn）。 

      數控（kòng）車—拉、數控車（chē）—車拉工藝。其突出優點（diǎn）是可對寬軸徑進行（háng）分層加工, 切削效率高, 加工質量好（hǎo）, 但車拉刀具結構複雜, 技術含量高, 並且長期依靠進口, 好處是可集車—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（wài）銑是20 世紀90 年代新（xīn）興（xìng）起來的一種新型加工工（gōng）藝, 其適（shì）用範圍廣, 特別雙刀盤數控高速外（wài）銑以其加工效率高、加工質量穩定、自動化水平高, 已成為當（dāng）前是曲軸（zhóu）主軸頸和連杆軸頸粗加工（gōng）的發展方向。就比較而（ér）言（yán）, CNC 車（chē）—車拉工（gōng）藝加工（gōng）連杆（gǎn）軸頸（jǐng）要二道工序, CNC高速外銑隻要一道工序（xù）就能完成, 切削速度高（gāo）( 目前最高可達350m/min) 、切削時間較短、工序循環時間較短（duǎn）、切削力（lì）較小、工件（jiàn）溫升較低（dī）、刀具壽命高、換刀次數少、加工精度更（gèng）高、柔性（xìng）更好。如德國BOEHRINGER 公司專（zhuān）為汽車發動機曲軸設計製造的柔性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（fú）連動控製技術, 可以一次（cì）裝（zhuāng）夾不改變曲軸回轉中心隨動（dòng）跟蹤（zōng）銑削曲軸的連杆軸頸。其采用一體化複合材料結構床身, 工件兩（liǎng）端（duān）電子同步旋轉驅動, 具有幹式切削、加工精度高（gāo）、切削效（xiào）率高等特點; 使用SIEMENS 840D CNC 控製係統, 設（shè）備操作說（shuō）明書（shū）在人機（jī）界麵上, 通過輸入零件的（de）基本參數即（jí）可自動（dòng）生成加工程序, 可以加工長度450～700mm、回轉直徑在380mm以內的各種曲軸, 連杆軸頸直徑誤差僅為±0.02mm。

      數控曲軸磨削工（gōng）藝。精（jīng）加工使用數控磨床, 采用（yòng）靜壓主軸、靜壓導軌（guǐ）、靜壓進給絲杠( 砂輪頭架)和線性光柵閉環控製等控製裝置, 使各（gè）尺寸（cùn）公差及形位公差得到（dào）可靠的保證, 精加工還廣泛使用數控砂（shā）帶拋（pāo）光機進行超精加工, 經超（chāo）精加工後的曲軸軸頸表麵粗糙度（dù）至少提高一級精度。如GF70M- T 曲軸磨床是日本TOYADA工機開（kāi）發生產的專用曲軸磨床, 是為了滿足多品種、低成本、高精度、大批量生產（chǎn）需要而設計的數控曲（qǔ）軸磨（mó）床。該磨床應（yīng）用（yòng）工件回（huí）轉和砂輪進給伺服聯動控製技術, 可以一（yī）次裝夾而不（bú）改變曲軸回（huí）轉中心即可（kě）完成所有軸頸（jǐng）的磨（mó）削, 包括隨動跟蹤磨（mó）削連杆軸頸;采用靜壓主軸、靜壓導軌、靜壓進給絲（sī）杠( 砂輪頭架（jià）) 和線性（xìng）光柵閉環控（kòng）製, 使用TOYADA 工（gōng）機生（shēng）產（chǎn）的GC50 CNC控（kòng）製係統, 磨削軸頸圓度精（jīng）度可達到0.002mm; 采用CBN 砂輪, 磨削線速度高達120m/s, 配雙砂輪（lún）頭架, 磨削效率極高。

2 國內外曲（qǔ）軸加工技（jì）術展望

      美國、德國、日本等汽車工業發達國（guó）家都致力於開發綠色（sè）環（huán）保、高性能（néng）發（fā）動機, 目前各個廠家采用發動機增壓、擴缸及提高轉（zhuǎn）速來提高功率的方法, 使得曲軸（zhóu）各軸頸要在很高的比壓下高速（sù）轉動,發動機正向著增壓、增壓中冷、大功率、高可靠（kào）性、低排放方（fāng）向發展。曲軸作為發動機的心髒, 正麵臨著安全性和可靠（kào）性的嚴峻挑戰, 傳統材料和製造工藝已無法滿足其功能要求, 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（miàn）強化、動平衡等要求都十分嚴格。如果其中任何一個環（huán）節質量沒有得到保證, 則可嚴重影響曲（qǔ）軸的使用壽命和整機的可靠性。世界汽車工業發達國家對曲軸的加工十分重視, 並不斷（duàn）改進（jìn）曲軸加工工藝。隨著（zhe）WTO的加入, 國內曲軸生產廠（chǎng）家（jiā）已（yǐ）經意（yì）識到形（xíng）勢的緊迫性, 引進（jìn）了為數不少的先進設備和技術（shù）, 以期（qī）提高產品的整體競爭力, 使得曲（qǔ）軸的製造技（jì）術水平有了大幅提高, 特別是近5 年來發展更為迅（xùn）猛（měng）。

      目前國內轎車曲軸生產線多為高速柔性生產線FTL( Flexible Transfer Line) , 這種生產（chǎn）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（pǐn）、換代產品和新產品, 真正具備（bèi）柔性意（yì）義。為進（jìn）一步提高高速柔性生產線的生產效率, 更（gèng）快的適應市（shì）場, FTL 未來發展是敏捷柔性（xìng）生產線AFTL( Agile Flexible Transfer Line) 。

      其主要目的是: 滿足市（shì）場變（biàn）化的（de）需求。不但（dàn）滿足當前產品的要求, 還應考慮未來市場需求。滿足生產方式的需求。能滿（mǎn）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。杜絕浪費, 用最少（shǎo）投資、最大回報謀取利（lì）潤。由於發動機曲軸自身結構的特殊（shū）性, 曲軸AFTL 應具（jù）備以下特點: 由高（gāo）速（sù）加工中心和高效專用機床( 含少量組合（hé）機（jī）床) 組成。按工藝流（liú）程排列機床並由自動輸送裝置連接, 采用柔（róu）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, 可增設平行設備增（zēng）補, 亦能滿足大批量生產的需要。

      發動機曲（qǔ）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製造業（yè）水平（píng）的發展狀（zhuàng）況, 做（zuò）為裝備製造業大國（guó）, 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（dà）技術投入力度,消化吸收國外先（xiān）進製（zhì）造技術, 不斷創新攻關尖端製造技術, 這對發展民族（zú）工業和對國（guó）民經濟建設都具有非常重要的意義。