淺談發(fā)動機(jī)曲軸加工工藝技術(shù)

林升垚

摘 要：曲軸是發(fā)動機(jī)關(guān)鍵零部件，主要負(fù)責(zé)扭矩與運(yùn)動傳遞，整體加工以及裝配精度要求極高，是加工企業(yè)關(guān)注重要對象之一。為達(dá)到最優(yōu)化發(fā)動機(jī)曲軸加工效果，該文將以曲軸加工技術(shù)設(shè)計(jì)原則介紹為切入點(diǎn)，通過對發(fā)動機(jī)曲軸加工過程的分析，對其加工工藝技術(shù)展開全面論述，旨在提高發(fā)動機(jī)曲軸加工工藝水平，保證整體發(fā)動機(jī)使用質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：加工過程；曲軸；發(fā)動機(jī)；加工工藝

中圖分類號：TH162 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

曲軸是發(fā)動機(jī)動力傳遞的重要零件，運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，會承受一定程度的沖擊載荷。加工企業(yè)一直極為注重曲軸加工，對曲軸動平衡、材質(zhì)以及加工精度等控制極為嚴(yán)格。由于曲軸加工難度相對較高，加工工藝技術(shù)以及結(jié)構(gòu)參數(shù)水平會對整機(jī)重量、尺寸等產(chǎn)生直接影響，是保證發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，所以對曲軸加工工藝展開深度研究是極為必要的。為達(dá)到理想化零件加工模式，研究人員首先應(yīng)對零件加工設(shè)計(jì)原則進(jìn)行明確。

1 曲軸加工技術(shù)設(shè)計(jì)原則

（1）由于在發(fā)動機(jī)運(yùn)行時(shí)，曲軸不僅要承受一定程度的沖擊荷載，同時(shí)還肩負(fù)動力傳遞重任，整體加工難度極大。就本質(zhì)而言，曲軸是刀具、機(jī)床、夾具以及零件工藝系統(tǒng)中，最為薄弱的環(huán)節(jié)，如果零件穩(wěn)定性不達(dá)標(biāo)，就會對加工質(zhì)量與加工時(shí)間統(tǒng)一性形成直接影響，加工精準(zhǔn)度要求較高。所以零件加工技術(shù)設(shè)計(jì)人員，需要做好切削刃布置優(yōu)化，要通過對各種類型表面切削參數(shù)實(shí)施完善的方式，對切削面精度以及平滑程度進(jìn)行保證。

（2）隨著各項(xiàng)研究的不斷深入，各種高效加工設(shè)備以及加工工藝已經(jīng)在曲軸加工中得到了廣泛應(yīng)用，整體零件加工質(zhì)量與效率得到了其實(shí)提升。數(shù)控隨動CBN磨削、曲軸車車?yán)约案咚匐S動外銑等設(shè)備、技術(shù)的運(yùn)用，為曲軸加工精準(zhǔn)度提升也形成了極大的推動。所以設(shè)計(jì)人員要加強(qiáng)對各種技術(shù)與設(shè)備的研究力度，要按照曲軸加工要求以及各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，合理對其進(jìn)行使用，以保證最終零部件加工質(zhì)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(xì)分析。該次曲軸加工材料為20Cr，毛坯應(yīng)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(shù)控機(jī)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(yùn)用，對軸端面實(shí)施加工，并會在加工完成后，通過對專用夾具的運(yùn)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(shí)，可先用淬火施工保證其硬度達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行保證；4）偏心圓柱面加工。該次曲軸偏心圓柱面設(shè)計(jì)直徑為43 mm，精度要求較高，需先通過粗加工，再經(jīng)過淬火、精加工的方式，對零部件實(shí)施處理，在此過程中，為防止柱面發(fā)生偏離，應(yīng)利用專業(yè)夾具對零件進(jìn)行固定；5）鍵槽加工。按照設(shè)計(jì)，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(jìn)行處理。

3 曲軸加工工藝技術(shù)

3.1 毛坯選擇、運(yùn)輸技術(shù)

在對毛坯進(jìn)行選擇時(shí)，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(shí)施粗車以及煅后正火施工；如果為鑄造件，由于在加工時(shí)會受到刀具材質(zhì)的直接影響，并且在加工過程中會產(chǎn)生大量廢氣，多以需對刀具與機(jī)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(jìn)行毛坯運(yùn)輸?shù)倪^程中，一方面應(yīng)通過對氣動系統(tǒng)的運(yùn)用，對機(jī)床天窗實(shí)施控制；另一方面應(yīng)通過機(jī)械手對毛坯進(jìn)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(shù)

較為常見的曲軸粗加工工藝，主要有復(fù)合加工、車-車?yán)?、外銑以及?nèi)銑等，合理的工藝運(yùn)用，可達(dá)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(biāo)。在進(jìn)行粗加工技術(shù)選擇時(shí)，需要對以下幾個(gè)方面的因素進(jìn)行考量：1）確定毛坯余量。如果余量在5 mm或以上，需實(shí)施內(nèi)銑、外銑施工，如果余量在3 mm或以下，則建議選擇車-車?yán)约败嚴(yán)に嚕?）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(nèi)銑主軸頸等技術(shù)實(shí)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(yīng)先運(yùn)用連桿軸頸以及外銑等技術(shù)，對毛坯余量展開處理，之后再運(yùn)用車-車?yán)燃夹g(shù)實(shí)施后續(xù)施工，以達(dá)到較高水平的軸頸尺寸以及軸向尺寸。

3.3 銑削鍵槽技術(shù)與精磨技術(shù)

（1）銑削鍵槽技術(shù)。通常鍵槽加工會在實(shí)施精磨加工之前展開，高質(zhì)量的鍵槽加工，能夠?yàn)楹罄m(xù)精加工開展連續(xù)性以及質(zhì)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(nèi)孔鍵槽加工則會在插床中進(jìn)行處理。

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

3.4 定心模式選擇技術(shù)

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

3.5 強(qiáng)化施工技術(shù)

在交變應(yīng)力作用之下，曲軸軸頸面變化轉(zhuǎn)接圓角很容易會出現(xiàn)應(yīng)變破壞以及應(yīng)力疲勞等問題，需要運(yùn)用強(qiáng)化技術(shù)對其進(jìn)行強(qiáng)化，以保證整體曲軸使用性能與質(zhì)量。目前較為常用的強(qiáng)化工藝，主要有滾壓以及軟氮化2種。

滾壓強(qiáng)化：該強(qiáng)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(yīng)用最為廣泛。在實(shí)施滾壓強(qiáng)化施工后，一般鑄件疲勞強(qiáng)度可以提升到90 %左右，鋼件可以提升到75 %左右，整體強(qiáng)化效果較為理想。在具體進(jìn)行滾壓施工時(shí)，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(shí)施滾壓強(qiáng)化施工時(shí)，技術(shù)人員需要對滾壓區(qū)精磨施工予以高度關(guān)注，要通過對砂輪寬度展開科學(xué)設(shè)置的方式，防止過多滾壓區(qū)被磨掉。此外，還要對砂輪圓角實(shí)施修正，做好滾壓區(qū)避讓施工，以防對強(qiáng)化施工開展形成阻礙。

軟氮化強(qiáng)化：此種強(qiáng)化工藝可將曲軸疲勞強(qiáng)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(jié)語

鑒于曲軸加工對于發(fā)動機(jī)使用所產(chǎn)生的重要作用，相關(guān)企業(yè)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對發(fā)動機(jī)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(jìn)行明確的基礎(chǔ)上，對粗加工以及強(qiáng)化加工各項(xiàng)加工工藝技術(shù)展開不斷地研究與優(yōu)化，以達(dá)到切實(shí)提升曲軸加工工藝水平的目標(biāo)，確保各零部件加工都應(yīng)達(dá)到相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范要求，能夠更好地為發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)提供動力傳遞支持，進(jìn)而為發(fā)動機(jī)穩(wěn)定性運(yùn)行提供可靠保障。

參考文獻(xiàn)

[1]劉金林.汽車發(fā)動機(jī)曲軸非對稱鑄造工藝的開發(fā)[J].鑄造工程，2018（2）：1-4.

[2]吳振銘.發(fā)動機(jī)凸輪軸孔和曲軸孔的加工工藝[J].南方農(nóng)機(jī)，2018（10）：61.

[3]邢晨.發(fā)動機(jī)用曲軸加工工藝研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2017（12）：56-57.

[4]雷宇鵬.發(fā)動機(jī)曲軸工藝及夾具設(shè)計(jì)[J].明日風(fēng)尚，2017（1）：8-9.