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 先進的曲軸加工生產線一般都比較短，但效率高、產量大，加工出的曲軸質量好且很穩定。如美國底特律 Ford發動機廠曲軸生產線只有17道工序，佔地面積6967m2，但年產V8發動機球鐵曲軸53.5萬 件。其先進技術主要體現在兩個方面：一是大量採用了CNC控制技術，形成柔性生產線;二是應用了許 多先進的高速、高效、柔性加工技術，簡化了工藝過程，提高了加工質量，同時也縮短了單件加工時間。另外，為適應降低成本等需要，近年來發動機曲軸加工採用 了很多特種工藝，相比之下，國內大多數生產線還存在較大差距。

圖1 雙刀盤車-車拉機床

 先進加工技術及裝備

 曲 軸屬於細長類零件，加工過程中主要定位基準是兩端中心孔，按其加工位置可分為兩種:一種是利用雙V型塊或其它方式找出曲軸支承軸頸的幾何中心，在此中 心上加工出的中心孔稱為幾何中心孔;另一種是利用專門的質量定心機測出曲軸的質量中心，在此中心上加工出的中心孔稱為質量中心 孔。由於毛坯的幾何形狀誤差和質量分佈不勻等原因，一般兩者並不重合。

 國內生產線中多采用幾何中心孔，但是利用幾何中心孔作定位中心進行 車加工或磨加工時，工件旋轉會產生離心力，不僅影響加工質量，降低定心元件的使用壽命， 而且在加工後剩餘的動不平衡量較大。基於這種原因，國外大都採用質量中心孔，利用專門設計的測試設 備來測試質量中心，然後加工出中心孔，並且可將銑兩端長度和加工質量中心孔合併為一道工序，採用CNC技術控制，加工效率很 高。但需要注意的是，若毛坯彎曲變形嚴重或質量嚴重分佈不均勻，採用質量中心孔仍不能徹底解決上述 問題。因 此，筆者認為曲軸的質量中心孔和幾何中心孔應按毛坯質量的好壞合理選用：如果毛坯質量好，加工餘量小且加工餘量分佈均勻，這時曲軸的質量中心孔與幾何中心 孔會基本重合，不必花費較高的經費購置質量定心設備;如果毛坯質量較差，加工餘量大且加工餘量分佈不均勻，則優先選用質量中心 孔。

數控車-車拉技術

 車拉技術在國外大量用於半精加工曲軸的主軸頸和連桿軸頸。其加工形式可分為3種：直線車拉、內環刀 具旋轉車拉和外環刀具旋轉車拉。

 數控高速外銑技術

 對 於平衡塊側面需要加工的曲軸，CNC高速外銑技術比CNC車削、CNC內銑、車-車拉的生產效率更 高。以四拐曲軸為例，CNC車-車拉工藝加工連桿軸頸要二道工序，而CNC高速外銑只要一道工序即 可完成(應用工件迴轉和銑刀進給伺服連動控制技術，可以一次裝夾不改變曲軸迴轉中心隨動跟踪銑削曲軸的連桿軸頸)。

 CNC高速外銑的優點包括：切削速度高(可高達350m/min)、切削和工序循環時間較短、切削力較小、工件溫升較低、刀具壽命高、換刀次數少、加工精 度更高且柔性更好，因此CNC高速外銑將是曲軸主軸頸和連桿軸頸粗加工的發展方向。

 圖2 曲軸CBN磨削

CNC內銑技術

 CNC內銑加工性能指標高於普通外銑加工，尤其對於鍛鋼曲軸，內銑更有利於斷屑，剛性特別好。數控 內銑銑削工藝是目前國際上曲軸連桿頸粗加工先進的加工方法之一，尤其是大功率鍛鋼曲軸的加工，內銑工藝更是首選。

 數控磨削技術

 曲軸傳統的磨削工藝均採用磨削線速度為35m/s的普通曲軸磨床，砂輪進給和修整為手動進給，軸徑和台肩的磨削餘量大，砂輪耐用度低，需技術工人精工細作 才能磨出精品。目前，曲軸磨削採用多種磨削方式來加工，圖2為曲軸CBN磨削。

 曲 軸磨削可採用的技術有單序加工和復合加工等工藝。採用單序加工方式加工磨削效率很高，磨削後軸頸 的跳動量容易控制，砂輪一次修整完畢後能保證各軸頸尺寸的一致性。缺點是柔性差，只能加工一個系列 產品。加工曲軸前端和後端的有寬砂輪組合磨削等。u例如，磨削四拐曲軸主軸頸採用的工藝有五砂輪磨削(如圖3)，磨削四拐曲軸連桿頸採用的工藝有雙砂輪磨 削 (如圖4)。

 圖3 五砂輪磨削主軸

 圖4 雙砂輪磨削連桿頸

 複合加工是指一次裝夾磨削所有主軸頸和連桿軸頸，磨削連桿軸頸採用先進的擺動跟踪磨削技術，這種磨削方式最大的優點是柔性化 好。複合加工有兩種可以採用的工藝：順序磨削主軸軸頸及連桿軸頸(如圖5)和同步磨削主軸軸頸及 /或連桿軸頸(如圖6)。

圖5 順序磨削主軸頸和連桿頸

 圖6 同步磨削主軸頸及/或連桿頸

曲軸深油孔加工採用槍鑽技術

 曲軸深油孔加工是曲軸尤其是鍛鋼曲軸加工中的一個難題。曲軸深油孔的直徑一般在5～8mm之間，從 主軸頸到連桿頸傾斜貫通，屬典型細長孔，而且在曲面上加工，工藝性差。加工深油孔最好的辦法是採用 槍鑽工藝。

 槍 鑽不但可用來加工深孔(徑長比1:250)，而且也可用來加工淺孔(徑長比1:1)。槍鑽由鑽柄 (用於裝夾刀具)、鑽桿(用於連接刀頭，按加工孔的長度確定，採用韌性較好的材料)、鑽頭(切削部分，刀尖是偏心的，採用硬質合金材料)三部分焊接在一 起，中間有一通孔，外側面有一直V型槽。依靠中間通孔實現內冷卻，冷卻液從後刀而上的小孔處噴出， 可直接對切削區冷卻。當使用高壓冷卻液時，其切屑能從被加工孔中通過直V型槽有效排出，無需在鑽削 過程中定期退刀來排出切屑。在加工細長孔時，槍鑽可以將鑽孔、鏜孔、鉸孔一次完成，一次走刀便可加 工出高精度(IT6～8級)、直線度(0.16～0.33mm/1000mm)、粗糙度值(Ra3.2～0.1)孔。</span>< /span>

 據一汽大眾資料介紹，當用槍鑽加工發動機曲軸的深油孔時，必須使用尺寸適合的專用鑽套。他 們採用的鑽套是用硬質合金或合金工具鋼製造的精密槍鑽鑽套，其硬度為HRC 63～65，內孔表面粗糙度為Ra1.6～3.2，內外徑最大允許同軸度誤差為2um，前端面最大允許跳動誤差為5um，鑽套底面和工件表面的距離不超過 0.5mm，鑽套和主軸的同軸度誤差不超過5um，鑽套與槍鑽頭部的間隙保持在3～ 8um之內。使用槍鑽的機床主軸必須有較高的軸向和徑向剛度，使用時應正確選取切削用量。一般情況下，切削速度Vc為60～100m/min，進給量f為 0.015～0.03mm/r，油壓P為 2.5～6.0MPa，流量Q 為0.2～0.65L/s。

 此外，加工發動機曲軸的深油孔時還 需選擇專用的槍鑽油。一般槍鑽用切削液應有極壓添加劑，以保證在 高壓下形成油膜，防止產生幹摩擦。切削液的粘度與鑽孔直徑有關，直徑越小，粘度越低。送往槍鑽切削區的切削油和一般機械加工相比具有壓力高、流量大、過濾 精度高的特點。流量應隨孔深的增大而增大，以保證切削油有更大的流速，達到通暢排屑的目的。

曲軸特種加工工藝

 圓角滾壓工藝

 曲軸的圓角滾壓是利用滾輪的壓力作用，在曲軸的主軸頸和連桿頸過渡圓角處形成一條滾壓塑性變形帶。這條塑性變形帶的特點包括：

 產生的殘餘壓應力可與曲軸在工作時的拉應力抵消或部分抵消，從而提高疲勞強度。

 硬度提高。滾壓使圓角處形成高硬度的緻密層，從而使曲軸的機械強度和疲勞強度提高。

 表面粗糙度降低。圓角滾壓可使圓角表面粗糙度達到Ra0.1以下，從而大大減小圓角處的應力集中， 提高疲勞強度。

<span><span> 壓，且可做到主軸頸與連桿軸頸圓角的壓力不同，同一連桿軸頸圓角在不同方向上的壓力也可不 同。</span> <span>這樣可經濟地達到最佳的滾壓效果，最大限度地提高曲軸的抗疲勞強度。< /span> <span>經德國赫根塞特(HEGENSCHEID)公司測定，球鐵曲軸經滾壓後壽命可增至 100%～280%。

圖7 光整前後曲軸的對比

滾磨光整工藝

 光 整加工技術應用於發動機曲軸，可以使其表面質量大幅度提高。其主要工作原理是：由顆粒狀磨料和多 功能磨液以及水組成磨俱，磨俱在料箱中做複雜的自由運動，將工件沉沒於磨俱之中旋轉運動，工件與磨俱以一定的相對速度和作用力發生摩擦、擠壓、刻劃和微量 切削，以達到表面質量的提高。尤其對曲軸而言，由於結構複雜人工去除毛刺困難，光整技術就顯得尤為 重要。

 光整加工技術的具體效果和主要特點包括：

 能去除手工無法去除的鏽蝕、氧化層和改善缺陷，使表面光亮奪目柔和;

 細化表面組織，提高軸頸表面殘餘壓應力的數值;

 改善裝配性，提高可靠性和使用壽命，降低磨合期;

 可大幅度地提高表面輪廓支撐長度率Tp值，提高表面耐磨性。

砂帶拋光工藝

 曲 軸的主軸頸、連桿軸頸及止推面都要求進行超精加工和拋光。傳統工藝是採用靠模油石超精加工機床， 加工後嚴重地破壞了軸頸的幾何形狀，形成馬鞍形(凹形)，而且對軸頸尺寸影響較大。國外曲軸的超精 加工早已採用數控砂帶拋光工藝，而且這種砂帶是防潮靜電植砂的(保證砂粒尖鋒朝外)。為了能對圓角 和軸肩拋光，砂帶兩側開槽以便與加工面貼合。

 國 外的曲軸砂帶拋光機可同時拋光主軸頸、連桿軸頸、圓角、軸肩及止推面。其結構均採用對夾式，每個 軸頸上用4片墊塊(中凹型)壓緊砂帶;墊塊和砂帶宜根據工件材質和硬度選擇;機床上的捲帶機能保證每個軸頸都有一段新砂帶(長度可調)參加工作;拋光的方 式以超精加工的原理進行。其效率和效果都遠遠優於油石。

 對於球鐵曲軸的拋光與磨削，由於球鐵內的鐵素體磨削後會形成突起毛刺，所以應使軸的磨削轉向與工作轉向相反，拋光轉向與工作轉向相 同。這樣才能在拋光中有效地去除毛刺，避免工作時刮傷軸瓦。

引用出處： 

 http://tw.myblog.yahoo.com/lifung-biz/article?mid=4403&prev=4404&next=4398

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