曲軸加工工藝及曲軸內(nèi)銑技術(shù)的研究

曹方勇 馬建業(yè) 王玲雅 張燦輝

摘要：在新時期，人們出行對汽車的需求量不斷地增加，促進(jìn)了汽車行業(yè)的發(fā)展，發(fā)動機(jī)作為汽車的關(guān)鍵部件，更是汽車行業(yè)研究的重點，一些新的技術(shù)被研發(fā)應(yīng)用，提高了發(fā)動機(jī)的質(zhì)量和性能，曲軸在發(fā)動機(jī)是傳遞動力的存在，更是成為研究的關(guān)鍵。本文就對曲軸的加工工藝和曲軸內(nèi)銑技術(shù)進(jìn)行了研究，分析了其作用，針對一些問題提出了措施。

關(guān)鍵詞：曲軸；加工工藝；內(nèi)銑技術(shù)；研究

引言

就目前來講，人們生活水平的提高，汽車已經(jīng)成為了普遍的代步工具，走進(jìn)了日常生活。正因為如此，對汽車的需求和要求也在不斷的增加，給汽車行業(yè)帶來了發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，隨著對環(huán)保問題的提出，更加重視企業(yè)的動力性以及安全性和排放性。目前我國汽車領(lǐng)域的發(fā)展與國外發(fā)達(dá)國家還具有一定的距離，目前我國的很多企業(yè)都是屬于合資企業(yè)，一些核心零件都是使用國外的，我國對于一些零件的加工技術(shù)相對落后，所以本文就對零件曲軸進(jìn)行分析研究。

1. 曲軸加工工藝

1.1 曲軸

發(fā)動機(jī)作為汽車的心臟，其質(zhì)量就是衡量一個汽車性能的標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)動機(jī)的零件有很多，每一個零件都需要加工，通過具體的工藝流程和技術(shù)使其滿足需求，達(dá)到裝配的精度。而曲軸就是其中最核心的一個零件。曲軸的材料一般都是高精度的合金鋼，加工難度比較大，而且曲軸復(fù)雜，更是增加了加工的難度，加工工藝也是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，一但出現(xiàn)問題，就直接影響了發(fā)動機(jī)的可靠性和使用的壽命。所以曲軸一直都是汽車行業(yè)關(guān)注的核心技術(shù)。對于曲軸的零件，就包括了連桿頸、主軸頸以及曲柄臂和法蘭組成的，此外還有平衡塊、前端和后端。

1.2 曲軸加工工藝

1.2.1 工藝流程

材料一般都是高強(qiáng)度的合金鋼，還有優(yōu)質(zhì)的45鋼，這里所選擇的材料是性能比較優(yōu)良的中碳低合金鋼，這一材料在加工的時候，不容易掉屑，但是毛刺比較多。對于曲軸加工，是一個復(fù)雜的過程，步驟比較多：鍛打毛坯-毛坯檢驗→銑端面→打中心孔→粗精車大頭→粗精車小頭及第1主軸頸→粗銑主軸頸及連桿頸→去應(yīng)力回火→噴丸→粗鏜軸承孔-精車主軸頸-粗磨連桿頸→鉆斜油孔→鉆直油孔→中間清洗→感應(yīng)淬火→回火→修小頭中心孔→修大頭孔→精磨主軸頸及連桿頸→打號→精磨大頭→精磨小頭→銑鍵槽→鉆兩端孔→動平衡→探傷→拋光→終檢→清洗、防銹、包裝→入庫，可見整個流程的復(fù)雜性。所以要想曲軸質(zhì)量符合發(fā)動機(jī)的需求，就需要從每一個步驟都做好，掌握每一項關(guān)鍵的技術(shù)。

根據(jù)其加工流程，可見其具體的工藝有：（1）打中中心孔工藝，打質(zhì)量中心孔，是國際上一項先進(jìn)的打中心孔的技術(shù)，其主要是用幾何定心法 利用雙 V 形塊定位，以中心軸頸

兩側(cè)的曲柄臂斜面為軸向粗基準(zhǔn)定位，進(jìn)而找到曲軸的中心，加工出中心孔。另外一種方法就是質(zhì)量定心法，是利用專門的質(zhì)量定心機(jī)進(jìn)行，對曲軸的毛坯進(jìn)行平衡實驗，顯示打出中心線，在打出中心孔。這一方法的精度比較高，而且加工的效率比較高，一般都不會出現(xiàn)廢品。但是幾何定心法，操作簡單，成本更低。（2）軸頸加工，首先是軸頸粗加工，包括了主軸頸、連桿軸頸、止推面、軸肩、沉割槽、曲柄臂側(cè)面等等。粗加工的工藝就有車削、內(nèi)銑以及外銑等，這一工藝造價比較低，加工質(zhì)量以及加工的范圍都是具有一定的優(yōu)勢。然后是軸頸精加工，采用主軸頸和連桿軸頸分開磨削的方法，（3）曲軸的強(qiáng)化和光整，曲軸在整個加工的過程中，會受到比較復(fù)雜的沖擊荷載，各部分的應(yīng)力就會出現(xiàn)不平衡，這個時候，就需要對其進(jìn)行強(qiáng)化和光整，確保曲軸的質(zhì)量。采用的工藝主要是圓角淬火、圓角滾壓。（4）曲軸的檢測，檢測也是非常重要的一道工序，確保曲軸加工的質(zhì)量，包括了毛坯檢查，檢測其尺寸以及機(jī)械性能和化學(xué)成分。中間檢查，利用曲軸綜合測量機(jī)對其進(jìn)行檢查，最后是按照零件的設(shè)計規(guī)范對成品進(jìn)行檢查。

1.2.2 加工工藝的優(yōu)化

根據(jù)其工藝的特點和步驟以及操作方法，其中出現(xiàn)了工藝重復(fù)等一些缺陷，就需要對其進(jìn)行優(yōu)化，工藝采用精鍛曲軸毛坯，用時效以及噴丸進(jìn)行處理，提高毛坯處理的精度，減少后續(xù)的加工。改變內(nèi)銑的加工量，減少留給磨削工序的加工余量，可以去掉半精磨的工序。最終，減少四道工序，達(dá)到優(yōu)化的效果，主要就包括了：粗車大、小端外圓，及粗車一、七主軸頸工序，半精磨 1、7 主軸頸，及半精磨 2～6 主軸頸工序。縮短了加工的實踐，減少成本，節(jié)省加工環(huán)境。

2. 曲軸內(nèi)銑技術(shù)

2.1 曲軸內(nèi)銑加工原理

曲軸內(nèi)銑技術(shù)是一種先進(jìn)的額曲軸加工技術(shù)，主要被用于主軸頸、連桿軸頸的粗加工，亦可同時用于圓角和曲柄臂側(cè)面的加工。也是目前發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠家采用最廣泛的一項技術(shù)，對毛坯的要求比較低，加工的范圍比較大，可以減少設(shè)備的投資，加工的效率比較高。曲軸內(nèi)銑加工，是以曲軸大端和小端外圓為基準(zhǔn)徑向定位，其定位是以前一道工序加工的曲柄壁側(cè)面為基準(zhǔn)，使用三爪卡盤夾緊，使用大功率電機(jī)驅(qū)動內(nèi)銑刀盤進(jìn)行運動，利用系統(tǒng)控制使刀盤產(chǎn)生復(fù)合進(jìn)給運動，對曲軸形成包絡(luò)加工，切削點在曲軸頸上旋轉(zhuǎn)一周，利用安裝在刀盤的刀片，實現(xiàn)加工。

內(nèi)銑加工主要的設(shè)備就是機(jī)床，那么對于機(jī)床的選擇也是非常重要的，不同的內(nèi)銑機(jī)床，其原理和加工精度和操作都是具有一定差異的，就比如加工精度方面，最好的是德國的 RFK曲軸內(nèi)銑床機(jī)床，還有日本的 GPM 曲軸內(nèi)銑床加工精度也是非常的高的。但是對于操作方面，最容易操作的是目前沈陽廠 S1-305C 機(jī)床，程序的編制比較簡單。另外對于 德國 Boehringer 的內(nèi)銑床在操作起來也是比較方便的。而造價方面，RFK 機(jī)床最高，沈陽廠 S1-305C 機(jī)床最低。

2.2 曲軸內(nèi)銑技術(shù)的應(yīng)用

曲軸軸頸粗加工，是曲軸加工的一道工序，加工主要都是采用粗加工和精加工兩道工序，粗加工的加工方式其中就有內(nèi)銑和外銑，而且粗加工整個加工的時間比較長，也是曲軸質(zhì)量的關(guān)鍵步驟，其加工的效果對后續(xù)精加工也是具有非常重要的作用。

內(nèi)銑就是其中一道方法，使用內(nèi)銑的加工方法，加工的效率比較高，可以直接在一臺機(jī)床上操作，一次就可以完成裝夾對所有部件的加工，相比較其他的方法，集中了工序，節(jié)省了加工的時間，同時還減少了場地的使用。另外，其斷屑性能比較好，機(jī)床的柔性也比較好，不在需要其他的夾具，能夠在一臺機(jī)床實現(xiàn)粗銑和精銑。

但是采用內(nèi)銑加工的時候，卻還是存在一些缺陷，零件的加工量比較大，比如在加工曲軸圓角的時候，會在內(nèi)銑刀盤上都會裝夾一種類型的刀片，專門用于圓角部分，為了提高效率，就需要采用一次旋轉(zhuǎn)進(jìn)給，一次走刀來進(jìn)行加工，這樣的話，刀具的吃刀量是非常大的，特別容易對曲軸產(chǎn)生應(yīng)力，在完成加工后還會殘留應(yīng)力。所以還需要架起那個對這一問題的研究，進(jìn)一步的探索缺陷，解決問題，提高加工的效率和質(zhì)量。

3. 結(jié)束語

文章主要分為兩個部分，分別研究曲軸加工工藝和曲軸內(nèi)銑加工原理，首先是對曲軸加工工序的具體工序進(jìn)行了闡述，產(chǎn)后提出了加工工藝的優(yōu)化措施。然后是研究曲軸內(nèi)銑技術(shù)，分析了加工的原理，以及具體的加工應(yīng)用，最后對于內(nèi)銑加工還存在一些缺陷，還還需要加強(qiáng)研究，提高加工效率和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]胡明茂，趙锎，章弘毅，劉雷.輕型發(fā)動機(jī)曲軸加工工藝分析[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2018，32（02）：68-71.

[2]孫長利. 數(shù)控曲軸內(nèi)銑機(jī)床的開發(fā)與技術(shù)研究[D].大連理工大學(xué)，2012.

[3]周來宏. 曲軸加工工藝及曲軸內(nèi)銑技術(shù)的研究[D].大連交通大學(xué)，2008.

[4]索天星. 曲軸內(nèi)銑技術(shù)的研究及其在曲軸內(nèi)銑機(jī)床設(shè)計中的應(yīng)用[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2006.

（作者單位：第一拖拉機(jī)股份有限公司鑄鍛廠）