先進的曲軸加工刀具技術

山特維克可樂滿供稿

在內燃機中，曲軸 (見附圖)的作用是將活塞的往復運動轉化為旋轉運動。這就意味著劇烈的加速和減速，并伴隨高彎曲變形、高轉矩和振動沖擊，導致非常高且多變的應力。如此極端化的應力需要精心的設計和計算、選擇合適的材料以及批量加工工藝。這些應力集中于支承軸頸和平衡塊輻板之間的圓角半徑處以及油孔上，因此需要特別關注這些位置的加工。

曲軸零件圖

當今市場要求汽車制造商供應更小的發動機，同時又需要滿足更高的功率和速度要求，這進一步增加了曲軸的負荷和應力。于是，制造商不斷地為這些零件尋找強度更高的材料，通常包括高合金金屬。

球墨鑄鐵是用于較低負荷發動機 (主要是汽油發動機)的標準材料，而大馬力發動機 (包括大多數柴油發動機)則使用較昂貴的合金鋼鍛件。用于曲軸的鋼種一般都會經過各種熱處理，如淬火和回火。在一些特殊的高端應用區域 (包括賽車)，曲軸可能直接從圓鋼上加工而成。

由于上述條件限制，曲軸加工成為目前要求最嚴格的大批量金屬切削加工工藝。曲軸生產線也成為整個汽車制造過程中最大的硬質合金消耗者。

加工曲軸兩端和軸頸的一種簡單方式是，在傳統的車床或車削中心上進行車削。這顯然需要從刀柄到加工軸頸表面之間有充足的空間。該方法的好處包括可以使用標準機床、刀具和刀片，以達到高靈活性和低成本。

一臺專用機床具備車削和車拉能力，就可以在曲軸回轉中心上對軸頸進行加工。用于粗加工和精加工的刀片可以同時安裝在同一個刀盤上，一次完整的切削行程就能加工出一個特別形狀。其他好處包括重復定位精度、良好的加工表面質量、較小的公差、延長刀具壽命、減少換刀次數帶來的機床高利用率以及縮短加工時間等。車拉加工的缺點是專用機床和刀具的成本較高，以及需要使用大量刀片。一個更專業的車削方法是運用多齒車刀片，以實現有利于切屑控制的降成本努力，以及不采用拉削動作。

無論采用什么方法，曲軸加工的整體目標包括切屑控制、延長刀具壽命、縮短加工節拍和提高產品質量。曲軸通常由幾臺專用機床組成的生產線大批量生產。但是，單件加工的方式也可用在一些特殊的交鑰匙項目中，例如賽車發動機曲軸和船用柴油機曲軸。

外部和內部銑削則代表了另一種方法，特別是連桿頸加工。如果平衡塊有大余量需要去除，那么裝配帶刀片的刀塊的銑刀盤是極具吸引力的選擇。對于這些應用，山特維克可樂滿有超過40年的經驗。油孔鉆削和銑削加工是曲軸生產中硬質合金消耗量最大的工序。在曲軸油孔中，通?？咨钍侵睆降?0倍，因此這是非常困難的加工任務。使用最多的工具包括槍鉆以及采用油霧潤滑的硬質合金麻花鉆。

高質量精加工也必不可少，因為鉆孔周圍有可能形成應力集中。

目前，全世界只有6家切削刀具制造商有能力為曲軸加工提供刀具，而真正推動該領域技術發展的公司則更少，山特維克可樂滿就是這極少數中的一個。山特維克可樂滿位于德國杜塞爾多夫的曲軸能力中心與世界各地的原始設備制造商及機床制造商合作，項目遍布大約20個國家。新興市場在這一行業的規模正在擴大，尤其是在中國，該中心最近在中國開設了新的分支機構。