發動機曲軸加工工藝技術探討

申介朋

摘 要：隨著經濟發展以及居民生活水平的不斷提高，對汽車的需求大幅度攀升，在汽車產業高速發展的同時，推動著汽車零配件產業的迅猛發展。曲軸是汽車的核心部件，直接影響著汽車發動機的性能和動力性。發動機的高溫、高壓、高速等特征，使得每個零部件都要經過精度加工。曲軸作為核心的零部件，受到極大的沖擊，所以曲軸材質的選擇以及加工質量和精度的選擇的要求更高。曲軸加工的設計方法、生產設備的選擇，對曲軸加工工藝會產生重要的影響。本文對曲軸的加工工藝技術設計原則與加工工藝特點進行初步的探討，著重地分析了發動機曲軸的加工工藝技術，希望可以進一步提高曲軸加工工藝水平和質量。

關鍵詞：發動機 曲軸加工 工藝技術

Discussion on Processing Technology of Engine Crankshaft

Shen Jiepeng

Abstract：With the economic development and the continuous improvement of residents' living standards， the demand for automobiles has risen sharply. The rapid development of the automobile industry has promoted the rapid development of the auto parts industry. The crankshaft is the core component of the car， which directly affects the performance and power of the car engine. The high temperature， high pressure， high speed and other characteristics of the engine make each component undergo precision machining. As a core component， the crankshaft is greatly impacted. Therefore， the selection of crankshaft material and the selection of processing quality and precision have higher requirements. The design method of crankshaft processing and the selection of production equipment will have an important impact on the crankshaft processing technology. This paper makes a preliminary discussion on the design principles and processing characteristics of crankshaft processing technology， focusing on the analysis of engine crankshaft processing technology， hoping to further improve the level and quality of crankshaft processing technology.

Key words：engine， crankshaft machining， process technology

1 曲軸的加工工藝技術設計原則與加工工藝特點

首先，是曲軸的加工工藝技術設計原則。一方面，優化切削刃布置，提高切削面精度以及光滑程度。發動機在運行過程中，會給曲軸帶來巨大的沖擊力，由于曲軸還要承擔動力傳遞的任務，加大了曲軸加工的難度。所以，要保證曲軸部件的穩定性，保證曲軸加工的質量與一致性。另一方面，曲軸的技術人員要加強對曲軸技術與設計的深入研究，完善曲軸加工的各項技術標準，提高曲軸加工的整體效率與質量。

其次，是曲軸的加工工藝特點。第一，曲軸的形狀復雜。曲軸的不同中心線不在同一水平線上，具有一定的偏心距離。由于曲軸軸頸對平衡感以及設計基準位置的要求，在曲軸加工工藝的設計中，針對連桿軸頸，在進行偏心夾具的規劃時，要盡量使中心線重合，再連接其他軸頸。第二，曲軸的剛性差。曲軸具有較大的長直徑和復雜的曲柄結構，導致曲軸的剛性較差。為了盡量減少曲軸在切削力下的變形，曲軸的加工工藝設計中，合理安排工序，針對粗加工中的變形，一步步地提高加工的精度。粗加工具有更大的切削力，必須提高曲軸加工的剛性，盡量減少部件的變形。第三，曲軸加工的技術要求較高。曲軸在加工過程中對尺寸、形狀、位置等具有較高的要求，加工工藝技術較復雜，要充分考慮不同加工方式的配置情況，合理配置粗加工、半精加工以及精加工的技術，在兩側確定中心孔時，盡量選擇精加工，降低粗加工的精度誤差。

2 曲軸的加工工藝技術

2.1 中心孔技術、粗加工技術

首先，是兩端中心孔的加工技術。定位基準中心孔是曲軸加工過程的重要環節，也是影響曲軸加工質量的重要因素。曲軸中心孔的加工方式主要有兩種選擇，毛坯幾何確定中心孔與質量確定中心孔，兩者加工方式的選擇具有異質性。在選擇具體的加工方式確定中心孔時，技術人員要對曲軸的具體情況進行綜合的考察分析，做出科學的選擇。當前，國內曲軸的中心孔的確定多選擇毛坯幾何的方式，在確定中心孔時，要對毛坯的質量進行綜合的評估分析，當能夠有效的控制毛坯的質量處于穩定的較高水平狀態，出于控制曲軸加工設備成本的角度，可以采取毛坯幾何確定中心孔的方法。若不能有效的控制毛坯的質量或者使毛坯具有一致性，則可以采取質量方法確定中心孔，但此種方法的成本較高。同時，采取毛坯幾何確定中心孔，使得曲軸加工時無法保證動平衡，降低曲軸加工的質量以及家具的使用時間。在進行平衡試驗的過程中，嚴重影響了曲軸的加工節奏，不利于提高曲軸的加工效率。國外在選擇確定中心孔的方法上多為質量定心，有效保證中心的動平衡，運用專業的設備尋找質量中心，利用數控機床進行加工，有效地提高了曲軸加工的效率，并解決了毛坯幾何無法保證動平衡的問題。

其次，是粗加工技術。曲軸的粗加工工藝具有多種形式，譬如數控車削、數控高速內、外銑技術以及車拉技術等。曲軸的粗加工技術方案的選擇要綜合考慮曲軸的結構特性以及生產預算等要求，在此前提下，才能實現曲軸粗加工技術的合理應用，實現預定的投資效果。

第一，曲軸的數控車削技術是一種高效率的曲軸主軸頸同心部位的加工方法。由于曲軸加工時存在的旋轉離心力，導致夾具極易出現松動，因此對道具具有更高的要求。第二，車拉是一種組合加工方法，將車削與車拉進行緊密結合，統一固定在同一個刀盤的外圓周上，在曲軸旋轉的過程中不斷的調整加工的刀片。車削刀片與車拉工具的主要作用不同，車削刀片主要運用于粗加工切削，二車拉道具主要用于精加工切削的操作中。第三，數控高速內銑具有更強的剛性和更好的削斷屑效果，特別是對于鍛鋼曲軸而言，是一種先進的曲軸連桿頸粗加工方法。第四，數控高速外銑技術是一種更適合平衡塊兩側曲軸的加工方法，具有更快的切削速度以及較小的切削力，刀具使用時間更長，具有更高的靈活性和更高的生產效率。

2.2 基準的選擇

基準的選擇是影響曲軸加工工藝效果的重要因素，基準面的選擇要綜合考慮多方面的因素，基準面的選擇越合理，會提升曲軸加工的質量，提高生產速度。若基準面的選擇缺乏合理性，會導致曲軸加工過程中出現各種漏洞，更有甚者會導致曲軸零件的報廢，不利于曲軸加工的生產進程。基準的選擇主要包括兩種：粗基準以及精基準的選擇。

首先，在粗基準的選擇上，針對曲軸要求水平較低的，可以選擇曲軸的外圓當作粗基準，針對曲軸要求水平較高的，在粗基準的選擇上，必須使中心孔與面的中心相結合，盡量縮小軸頸距離。針對曲軸曲柄的基準選擇上，由于毛坯的模鍛成型的特性，使得曲柄的制造精度可以滿足數據的需求，在具體的生產過程中可以適當調整程序。曲軸的曲柄部位使曲軸軸承方位的重要的確定標準，合理地選擇曲柄部位，可以降低曲柄的位置偏離度。

其次，在對精基準進行篩選時，生產中的數據偏差是重要的考慮因素，在選擇位置時要盡量做到以下幾點：第一，堅持基準一致原則，即在進行生產前已經明確了基準數據后，則不再改變;第二，堅持統一基準原則，盡量地讓每一個加工表面選擇統一的定位基準，充分保證不同加工表面的精度;第三，堅持自為基準原則，利用生產的部件作為生產的判定標準，提高生產速度。

2.3 深油孔加工以及圓角滾壓強化技術

首先，是深油孔加工技術。深油孔加工是曲軸加工中的重點難題，特別是對鍛鋼材料曲軸加工而言。深油孔通過傾斜將連桿頸和主軸頸聯系，以細長孔的方式存在，大約直徑在5-9mm。MQL槍鉆技術具有較高的加工效率，減少對環境的污染，是解決深油孔問題的一個有效方法。在鉆深油孔時，選擇與曲軸尺寸相適應的專用鉆套是具有關鍵作用的，相適應的尺寸具體表現為，內外直徑的而最大誤差在2um，軸面的最大跳動范圍是5um，底部的距離小于等于0.5mm。同時，鉆頭與鉆套的間距，要求在3-8um之間。

其次，是圓角滾壓強化技術。其具體的使用程序是在曲軸半精加工以后，主要是沉割槽圓角的滾壓。利用小滾輪，在曲軸內部形成滾壓塑性變形區，施加壓力。圓角滾壓強化技術，隨著可以的不斷發展，技術日漸成熟，具有較高的加工效率，并且成本較低，具有極強的靈活性。同時，圓角滾壓強化技術可以提高曲軸使用過程中抗強度能力，獲得更好的滾壓效果，提高鑄件與鋼件的疲勞強度。曲軸內部形成的滾壓塑性變形區具有諸多優勢：第一，針對發動機運行過程中的拉應力在一定程度上可以由滾壓塑性變形區產生的產生殘余壓應力抵消;第二，形成一個致密層，在提高曲軸抗疲勞程度的過程中提高硬度;第三，圓角滾壓強化技術可以提升曲軸表面的光滑度，降低表面的粗糙度。

2.4 高速磨削與超精拋光技術

首先，是數控CBN高速磨削技術。數控CBN高速磨削技術是曲軸精加工必不可少的部分，具有更高的速度和效率。其中，“隨動磨削”是一種更好的高速磨削手段，可以一次性的完成粗、半精及精磨削加工，省時、省力。在“隨動磨削”技術下，簡化了機床配置的系統與機械結構，使得偏心夾具夾住工件的工作更加便利，在一定程度上提高的工作效率，降低了對工人經驗和技術的要求。同時，“隨動磨削”使得補償系統具有更高的準確性，軸頸之間的公差離散度降低，曲軸分級具有更強的穩定性。

其次，是超精拋光技術。拋光技術主要是針對已經進行精密磨削加工后的曲軸。部分精密加工后的曲軸表面仍然不夠光滑，存在毛刺，此時需要超精拋光技術。在采取超精拋光技術時，拋光方向的選擇應與曲軸的磨削以及發動機的旋轉方向一致。超精拋光技術具有效率高、精度高的特點，一定程度上可以保證軸頸的形狀不會發生變化，以及尺寸的一致性，降低部件的廢棄率，提高曲軸表面的光滑度。

3 結語

汽車作為現代社會最重要的交通工具，具有數量大、普及范圍廣等特點，是備受社會青睞的交通工具。汽車行業的繁榮，為汽車零部件產業的繁榮發展提供了機遇。而曲軸作為汽車發動機的核心部件，對發動機具有重要的作用。要加大對曲軸加工工藝技術的研究強度，明確曲軸加工工藝設計的原則、加工過程以及特點，對曲軸加工的工藝技術進行針對性的探討，不斷的優化曲軸加工的工藝技術，提高曲軸加工的工藝標準和加工質量，更好的促進發動機技術的進步，提高發動機的穩定性，進一步地提高汽車的工作性能。

參考文獻：

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