淺談汽車曲軸加工工藝

劉培祥，杜丹豐，王國龍（東北林業(yè)大學 交通學院，哈爾濱 150040）

淺談汽車曲軸加工工藝

劉培祥，杜丹豐，王國龍
（東北林業(yè)大學 交通學院，哈爾濱 150040）

曲軸是發(fā)動機的重要零件。本文介紹了曲軸的結(jié)構(gòu)及受力特點，敘述了曲軸加工工藝特點，論述曲軸加工工藝路線并進行分析，最后介紹了幾種國外曲軸加工先進技術(shù)。

汽車；曲軸；工藝；先進技術(shù)

0　引言

進入21世紀以來，中國汽車銷量急速增長，2015年中國汽車銷量達到2 459.8萬輛，這是自2013年以來連續(xù)三年超過2 000萬輛，這表明我國已經(jīng)進入汽車產(chǎn)銷高速增長的黃金階段。隨著汽車產(chǎn)量的攀升，汽車企業(yè)對發(fā)動機曲軸的加工工藝越來越重視。曲軸是發(fā)動機的重要零件，其性能對發(fā)動機工作效果有直接影響。

1　曲軸結(jié)構(gòu)

曲軸是發(fā)動機最重要的零件之一。其功用是將活塞連桿組傳來的氣體作用力轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)力矩，再通過飛輪、離合器和汽車傳動系統(tǒng)來驅(qū)動汽車行駛；同時驅(qū)動發(fā)動機的輔助裝置工作。

曲軸組成部分主要包括由主軸頸、連桿軸徑、曲柄、平衡重和后凸緣等組成。曲軸由若干曲拐組成，一個曲拐包括一個連

2　曲軸的加工工藝特點

2.1剛性差

曲軸的長徑比較大，同時具有曲拐，因此剛性較差，容易發(fā)生扭曲及彎曲變形。加工時需要注意幾個問題：粗加工時，機床刀具及夾具要具有較高的剛度；盡量保證切削力的作用能夠相互抵消；將加工精度較高的工藝安排在工藝流程后段。

2.2形狀復雜

曲軸的主軸頸與連桿軸徑具有一定的偏心距，而對偏心距的尺寸精度要求很高，而且結(jié)構(gòu)上還有平衡重，故需要加強偏心夾具的設(shè)計精度。

2.3技術(shù)要求高

曲軸的技術(shù)要求高，需要加工的面多，同時還需要保證大量的尺寸精度、形狀精度、位置精度。因此曲軸的工藝路線較長，而且有較多的精加工步驟。曲軸加工工藝設(shè)計時需要考慮分配粗、精加工余量；粗加工選擇曲軸中心孔作為基準，精加工時同樣選擇曲軸中心孔作為基準但需要重新修磨中心孔；加工時軸向定位的選擇。

3　曲軸加工技術(shù)

3.1曲軸材料

曲軸毛坯有兩種加工方式，分別是鍛造加工和鑄造加工。鍛造中常用中碳鋼和中碳合金鋼如，35、40、45、35Mn2、40Cr，35CrMo等，鑄造加工中多用鑄鋼、球墨鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵以及合金鑄鐵，如ZG230-450、QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等材料。由于球墨鑄鐵為優(yōu)質(zhì)鑄鐵材料，力學性能接近碳鋼，切削性能良好，而成本只有碳鋼的三分之一，所以球墨鑄鐵被廣泛使用。由于球墨鑄鐵的性能和價格方面的優(yōu)勢，目前車用曲軸多采用鑄造工藝制造曲軸毛坯，據(jù)統(tǒng)計，車用曲軸采用球墨鑄鐵的比例：美國90%、英國85%、日本60%。

3.2曲軸加工工序分析

3.2.1鉆中心孔

鉆中心孔這道工序要保證曲軸的長度和中心孔的精度，鉆頭剛度較低，容易折斷，該工序又要鉆頭承受切削力，所以要保證先面后孔的加工步驟。中心孔作為軸類零件的加工基準，它直接影響了曲軸的加工精度，一般選擇曲軸的幾何中心作為中心孔，以毛坯料的外表面作為基準。

3.2.2軸徑的車削

曲軸的軸徑使用車削的方式進行加工，因為加工余量大而且分布不均勻，切加工時動平衡性差，因此要使用夾具進行固定。車軸徑一般先精車一段主軸頸和軸肩，再以其定位作為另一端，依次提高加工精度。

3.2.3鍵槽加工

鍵槽的作用主要是安裝飛輪，為了保證精度以及對稱度，要把該工序放到主軸頸之后。鍵槽的加工對精度要求不高，在普通車床上加工即可。

4　曲軸先進加工方法

隨著機械加工技術(shù)的進步，先進的加工技術(shù)逐漸在向各種機械加工領(lǐng)域滲透，因此高精度、高效率、高速度的加工設(shè)備也在發(fā)動機曲軸領(lǐng)域中得以鋪開，曲軸加工也逐步進入了高科技含量的時代。

4.1車拉技術(shù)

該技術(shù)源于美國的一項專利，目前國內(nèi)外已經(jīng)逐步進入普及階段。其加工形式可以分為三種：①直線車拉；②內(nèi)環(huán)刀具旋轉(zhuǎn)車拉；③外環(huán)刀具旋轉(zhuǎn)車拉。該技術(shù)最重要的優(yōu)點是加工時任意時間都只有一個刀齒與工件進行接觸，相比于車削，工件加工過程中受力大幅度減小，所以變形減小，有效提高了曲軸的加工質(zhì)量。車拉不但效率高，而且更經(jīng)濟、先進，德國、日本、美國等發(fā)達國家采用比較廣泛。

4.2數(shù)控內(nèi)銑技術(shù)

數(shù)控內(nèi)銑主要特點是：①生產(chǎn)效率高、加工精度高、適用范圍光；②對于鍛造曲軸，內(nèi)銑有利于斷屑，剛性較好。但內(nèi)銑也有著其自身的缺點，對刀困難，切削速度難以提高、加工時間長、設(shè)備投資大。

4.3加工質(zhì)量中心孔技術(shù)

曲軸加工過程總的主要定位基準中心孔，對曲軸加工質(zhì)量有著決定性的作用。由于毛坯幾何中心與質(zhì)量中心一般不重合，國內(nèi)生產(chǎn)線多以幾何中心為基準加工中心孔。但是由于幾何中心孔并不能保證動平衡，曲軸加工時旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，影響了加工質(zhì)量，降低夾具的使用壽命。后續(xù)工序還要進行動平衡試驗，拖慢了生產(chǎn)節(jié)拍，影響了加工效率。為了有效解決該問題，國外目前采用質(zhì)量中心作為基準加工中心孔，但是質(zhì)量中心不易定位，為此專門設(shè)計測試設(shè)備來測定工件的質(zhì)量中心，然后在進行中心孔加工。該工序可以和銑削曲軸長度合并為一道工序，使用數(shù)控機床進行加工，快速提高加工效率。該技術(shù)有效的解決了曲軸加工的中心孔定位問題，但是如果毛坯變形程度過大或者工件的質(zhì)量分布不均勻使用該技術(shù)并不能解決。

5　結(jié)語

汽車曲軸作為發(fā)動機的重要零件，其加工質(zhì)量很大程度上影響了發(fā)動機以至于汽車工作效果。曲軸加工引入新技術(shù)后可以解決部分加工時的難題，提高加工效率。

主要參考文獻

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2016-05-09桿軸徑、左右兩個曲柄和左右兩個曲軸頸。曲軸在工作中受到周期性變化的氣體作用力、慣性力及其力矩的作用，同時在相互運動件之間形成磨損。這就要求曲軸具有足夠的強度、剛度、良好的潤滑條件和耐磨性、質(zhì)量輕等特點。