發(fā)動機曲軸的加工工藝分析

【摘要】曲軸是發(fā)動機中關鍵零件之一，隨著發(fā)動機趨于輕量化、結(jié)構簡單化、性能優(yōu)質(zhì)化，發(fā)動機曲軸制造工藝發(fā)生了很大的變化。高速、高效、柔性、復合化是曲軸制造技術發(fā)展的主要方向 文章首先闡述了曲軸材料的選用方法和技術要求，在此基礎上，重點對曲軸加工的關鍵技術問題進行了相關分析與說明。

【關鍵詞】曲軸加工；曲軸材料；工藝方法；強化工藝

曲軸是活塞式發(fā)動機中最重要、承受負荷最大的零件之一。曲軸在工作狀態(tài)下受著交變的扭矩和彎矩載荷，這就要求曲軸具有足夠的強度和剛度以及高精度。曲軸加工工藝水平不僅影響著整機的尺寸和重量，而且在很大程度上影響著發(fā)動機的可靠性與壽命。因此，改進

曲軸加工方法、提高加工精度顯得非常重要。

１．曲軸材料的選用和技術要求

1.1曲軸常用材料

根據(jù)發(fā)動機的工作狀況，曲軸常用材料有：球墨鑄鐵、調(diào)質(zhì)鋼、非調(diào)質(zhì)鋼。由于球墨鑄鐵的力學性能接近調(diào)質(zhì)鋼，切削性能良好，且成本只有調(diào)質(zhì)鋼材質(zhì)成本的l／3左右，所以球墨鑄鐵曲軸在國內(nèi)外得到了廣泛應用。據(jù)統(tǒng)計資料表明，車用發(fā)動機曲軸采用球墨鑄鐵材料的比例：美國為90％，英國為85％，日本為60％。國內(nèi)的汽油機曲軸，一般采用球墨鑄鐵制造，常用的牌號有：QT700-2、QT800-6、QT900-6、等溫淬火球墨鑄鐵等。而柴油機曲軸一般采用調(diào)質(zhì)鋼或非調(diào)質(zhì)鋼制造，調(diào)質(zhì)鋼常用材料有：40Cr和42CrMo等；非調(diào)質(zhì)鋼常用材料有：48MnV、38MnV6等。

1.2 曲軸的主要部位技術要求

其主要技術要求有以下一些。

（1）主軸頸與連桿軸頸有較高的圓柱度公差要求，一般為5級。

（2）中間三個主軸頸對兩端主軸頸有較高的圓跳動公差要求。

（3）曲軸的連桿軸頸與主軸頸有偏心距要求，在加工時應注意回轉(zhuǎn)平衡。

（4）連桿軸頸的軸線對兩端主軸頸軸線有較高的的平行度公差要求，一般為0.05mm。

2.曲軸加工的關鍵技術問題探討

2.1曲軸定心模式的合理選用

曲軸定心工序采用的方法主要有幾何定心和質(zhì)量定心兩種。在業(yè)界內(nèi)，關于采用質(zhì)量定心還是幾何定心的問題，經(jīng)過多年的爭論，現(xiàn)逐漸形成以下共識：①如果曲軸毛坯質(zhì)量好，可以用幾何定心；如果毛坯質(zhì)量不高，才可能采用質(zhì)量定心方案。②如果毛坯質(zhì)量均衡性尚可，采用幾何定心方案就能保證曲軸不平衡量在合適的范圍內(nèi)，則不必采用質(zhì)量定心方案，以減少因質(zhì)量定心設備帶來的設備投資。大量的生產(chǎn)實際表明，伴隨我國曲軸毛坯制造水平的不斷提升，采用幾何定心將成為一種發(fā)展趨勢。

2.2 曲軸粗加工方式的選擇與比較

曲軸的粗加工工藝先后經(jīng)歷了單刀車、多刀成型車、外銑、內(nèi)銑、車一拉、車一車拉、高速隨動外銑、復合加工工藝。由于外銑、內(nèi)銑、車一拉、車一車拉、高速隨動外銑可產(chǎn)生較小的徑向切削力，有效地減少了曲軸粗加工的切削變形，因而得到了廣泛的應用。在具體工藝的選擇上，通常根據(jù)以下三個因素進行合理選擇。①曲軸長度L。當L<700mm時，常選擇車一車拉、外銑工藝；當L>700mm時，多采用外銑或者內(nèi)銑曲軸主軸頸和連桿軸頸工藝。②毛坯余量δ的大小。當δ>5mm時，常采用外銑或內(nèi)銑工藝；當δ≤3mm時，宜選用車拉、車-車拉工藝。③曲軸粗加工的變形問題。為有效減少變形，可以先進行外銑或內(nèi)銑主軸頸和連桿軸頸，去除大部分的余量，有效釋放應力后再進行車-車拉主軸頸和連桿軸頸工藝，從而獲得較高的軸向尺寸和軸頸尺寸精度。

2.3 磨削工藝的合理選擇

國內(nèi)磨削工藝一般分為粗磨和精磨，而國外大多數(shù)廠家都是一次精磨到位。磨削工藝的選擇要兼顧以下兩個問題：一是如何保證曲軸質(zhì)量；二要有利于消除或減少磨削裂紋。眾所周知，磨削裂紋的產(chǎn)生是由磨削熱引起的，降低磨削熱是解決磨削裂紋的關鍵，在磨削工藝上可采取以下措施消除或減少磨削裂紋。

（1）采用濕磨法，用切削液冷卻磨削區(qū)，降低磨削區(qū)溫度。

（2）選用粒度較粗、硬度較軟的砂輪，磨削時可以降低磨削熱。

（3）選擇合適的磨削量，也可以降低磨削熱的產(chǎn)生。

（4）選擇合適磨削余量，在磨削過程中減小磨削佘量，降低磨削熱的產(chǎn)生。

（5）改善冷卻條件，提高冷卻噴射壓力，加大冷卻液流量等，以降低磨削熱。

2.4 曲軸強化工藝

由于曲軸在交變應力作用下工作，其軸頸面變化轉(zhuǎn)接圓角處發(fā)生應力疲勞和應變破壞的危險性極大。目前，主要通過噴丸強化和圓角滾壓強化來改變曲軸抗疲勞性能。

（1）噴丸強化。噴丸強化工藝是通過引入一個預壓應力來抵消零件在以后工作周期會受到的拉應力，從而提高工件抗疲勞性能和安全使用壽命。對于噴丸強化過程，有兩個最關鍵的參數(shù)。一個是應力強度， 另一個是覆蓋率。就曲軸噴丸強化而言，需要監(jiān)控的參數(shù)包括：噴丸速度、噴丸強度、噴丸的距離等。

（2）圓角滾壓強化。圓角滾壓強化機理在于：金屬層在滾輪壓力作用下，使金屬表層產(chǎn)生殘余壓縮應力，抵消了部分工作拉伸應力，使零件疲勞強度大幅提高。因而進行圓角滾壓強化的關鍵在于合理選擇以下參數(shù)：滾壓加載模式、滾壓力大小、以及滾壓力的加載曲線等。

3.結(jié)語

要制定先進合理的曲軸加工工藝必須做到以下幾點。

（1）根據(jù)曲軸零件的特點，采用合理的曲軸定心模式。

（2）磨削工藝參數(shù)的選取要有利于減少或消除磨削裂紋。

（3）適合于多品種、小批量的復合加工技術是今后曲軸加工的一個發(fā)展方向。

（4）注意曲軸強化工藝的推廣和應用。 [科]

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