淺談發動機曲軸加工工藝技術

林升垚

摘 要：曲軸是發動機關鍵零部件，主要負責扭矩與運動傳遞，整體加工以及裝配精度要求極高，是加工企業關注重要對象之一。為達到最優化發動機曲軸加工效果，該文將以曲軸加工技術設計原則介紹為切入點，通過對發動機曲軸加工過程的分析，對其加工工藝技術展開全面論述，旨在提高發動機曲軸加工工藝水平，保證整體發動機使用質量。

關鍵詞：加工過程；曲軸；發動機；加工工藝

中圖分類號：TH162 文獻標志碼：A

曲軸是發動機動力傳遞的重要零件，運行環境較為復雜，會承受一定程度的沖擊載荷。加工企業一直極為注重曲軸加工，對曲軸動平衡、材質以及加工精度等控制極為嚴格。由于曲軸加工難度相對較高，加工工藝技術以及結構參數水平會對整機重量、尺寸等產生直接影響，是保證發動機正常運轉的關鍵，所以對曲軸加工工藝展開深度研究是極為必要的。為達到理想化零件加工模式，研究人員首先應對零件加工設計原則進行明確。

1 曲軸加工技術設計原則

（1）由于在發動機運行時，曲軸不僅要承受一定程度的沖擊荷載，同時還肩負動力傳遞重任，整體加工難度極大。就本質而言，曲軸是刀具、機床、夾具以及零件工藝系統中，最為薄弱的環節，如果零件穩定性不達標，就會對加工質量與加工時間統一性形成直接影響，加工精準度要求較高。所以零件加工技術設計人員，需要做好切削刃布置優化，要通過對各種類型表面切削參數實施完善的方式，對切削面精度以及平滑程度進行保證。

（2）隨著各項研究的不斷深入，各種高效加工設備以及加工工藝已經在曲軸加工中得到了廣泛應用，整體零件加工質量與效率得到了其實提升。數控隨動CBN磨削、曲軸車車拉以及高速隨動外銑等設備、技術的運用，為曲軸加工精準度提升也形成了極大的推動。所以設計人員要加強對各種技術與設備的研究力度，要按照曲軸加工要求以及各項技術標準，合理對其進行使用，以保證最終零部件加工質量。

2 曲軸加工過程

在此將以典型曲軸加工為例，對曲軸加工過程展開詳細分析。該次曲軸加工材料為20Cr，毛坯應保持在240HBS左右，偏心圓柱面局部以及兩支撐軸頸淬火為46HRC左右。由于該次零件加工涉及要素相對較多，所以采用數控機床展開該次施工。

具體施工步驟如下：1）軸端面加工。加工人員會通過對銑床或車床的運用，對軸端面實施加工，并會在加工完成后，通過對專用夾具的運用，對軸定位孔展開處理；2）軸頸加工。由于該部分加工精度要求極高，所以在加工時，可先用淬火施工保證其硬度達到相應標準之后，再展開精加工處理；3）圓錐面加工。由于該部分并沒有過高的精度要求，所以可在完成粗加工后，直接借助磨削手段，對表面精度進行保證；4）偏心圓柱面加工。該次曲軸偏心圓柱面設計直徑為43 mm，精度要求較高，需先通過粗加工，再經過淬火、精加工的方式，對零部件實施處理，在此過程中，為防止柱面發生偏離，應利用專業夾具對零件進行固定；5）鍵槽加工。按照設計，該零件加工并沒有特殊要求，所以可直接采用銑削方式對其進行處理。

3 曲軸加工工藝技術

3.1 毛坯選擇、運輸技術

在對毛坯進行選擇時，如果為鍛造件，由于整體留余量有限、模煅精度較高，所以并不需要實施粗車以及煅后正火施工；如果為鑄造件，由于在加工時會受到刀具材質的直接影響，并且在加工過程中會產生大量廢氣，多以需對刀具與機床主軸展開冷卻處理，以降低廢氣對于整體施工的影響。

在進行毛坯運輸的過程中，一方面應通過對氣動系統的運用，對機床天窗實施控制；另一方面應通過機械手對毛坯進行傳輸，以降低傳輸過程對零件所造成的損傷，保證整體傳輸效率。

3.2 粗加工技術

較為常見的曲軸粗加工工藝，主要有復合加工、車-車拉、外銑以及內銑等，合理的工藝運用，可達到有效降低粗加工切削變形概率，保證整體施工合格率的目標。在進行粗加工技術選擇時，需要對以下幾個方面的因素進行考量：1）確定毛坯余量。如果余量在5 mm或以上，需實施內銑、外銑施工，如果余量在3 mm或以下，則建議選擇車-車拉以及車拉工藝；2）確定曲軸長度。一般長度在700 mm左右，建議使用連桿軸工藝、外銑、內銑主軸頸等技術實施處理；3）確定粗加工變形情況。為對變形問題形成有效控制，應先運用連桿軸頸以及外銑等技術，對毛坯余量展開處理，之后再運用車-車拉等技術實施后續施工，以達到較高水平的軸頸尺寸以及軸向尺寸。

3.3 銑削鍵槽技術與精磨技術

（1）銑削鍵槽技術。通常鍵槽加工會在實施精磨加工之前展開，高質量的鍵槽加工，能夠為后續精加工開展連續性以及質量提供可靠保障，可有效降低振動對于刀具的損壞。一般來說，外圓鍵槽會在立式銑床中展開，而內孔鍵槽加工則會在插床中進行處理。

（2）精磨技術。如果零件表面處理精度要求較高，則需通過對表面實施精磨的方式，對零件展開科學施工。精磨技術使用，可有效提高加工表面質量等級，保證零件精度與相應要求相符。在進行磨削加工時，為防止出現零件表面溫度過高的狀況，需要在加工過程中運用冷卻液對其進行冷卻，以將表面裂紋問題產生概率控制在最低。

3.4 定心模式選擇技術

曲軸定心加工主要分為質量定心以及幾何定心2種方式，2種加工手段各具優勢與不足，在實施曲軸定心加工時，技術人員需要參考各項因素，做出科學選擇。一方面，要對毛坯質量展開綜合評估，如果毛坯質量較為理想，建議使用幾何定心，如果不理想，則應運用質量定心技術完成加工任務；另一方面，要對毛坯質量均衡性展開全面考量，如果均衡性水平較高，則應選擇幾何定心技術，從而有效減少在質量定心設備方面的投入，控制整體零件加工成本。由于國內毛坯制造書評一直處于不斷上升的狀態，所以幾何定心技術將成為今后曲軸加工的主流趨勢，值得展開進一步研究。

3.5 強化施工技術

在交變應力作用之下，曲軸軸頸面變化轉接圓角很容易會出現應變破壞以及應力疲勞等問題，需要運用強化技術對其進行強化，以保證整體曲軸使用性能與質量。目前較為常用的強化工藝，主要有滾壓以及軟氮化2種。

滾壓強化：該強化工藝分為外圓弧滾壓以及沉割槽滾壓2種，其中以后一種應用最為廣泛。在實施滾壓強化施工后，一般鑄件疲勞強度可以提升到90 %左右，鋼件可以提升到75 %左右，整體強化效果較為理想。在具體進行滾壓施工時，會在半精加工完成后，展開沉割槽輪廓施工，并會在精磨施工開展前，做好滾壓處理。在實施滾壓強化施工時，技術人員需要對滾壓區精磨施工予以高度關注，要通過對砂輪寬度展開科學設置的方式，防止過多滾壓區被磨掉。此外，還要對砂輪圓角實施修正，做好滾壓區避讓施工，以防對強化施工開展形成阻礙。

軟氮化強化：此種強化工藝可將曲軸疲勞強度提高到50 %左右，主要用于鋼件加工，多會在精磨施工后展開。

4 結語

鑒于曲軸加工對于發動機使用所產生的重要作用，相關企業應進一步加強對發動機曲軸加工工藝的研究力度，要在對曲軸加工原則、加工過程進行明確的基礎上，對粗加工以及強化加工各項加工工藝技術展開不斷地研究與優化，以達到切實提升曲軸加工工藝水平的目標，確保各零部件加工都應達到相應設計標準與規范要求，能夠更好地為發動機運轉提供動力傳遞支持，進而為發動機穩定性運行提供可靠保障。

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