淺談汽車曲軸加工工藝

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

曲軸是發動機的重要零件。本文介紹了曲軸的結構及受力特點，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。

汽車；曲軸；工藝；先進技術

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年以來連續三年超過2 000萬輛，這表明我國已經進入汽車產銷高速增長的黃金階段。隨著汽車產量的攀升，汽車企業對發動機曲軸的加工工藝越來越重視。曲軸是發動機的重要零件，其性能對發動機工作效果有直接影響。

1　曲軸結構

曲軸是發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變成曲軸的旋轉力矩，再通過飛輪、離合器和汽車傳動系統來驅動汽車行駛；同時驅動發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，而且結構上還有平衡重，故需要加強偏心夾具的設計精度。

2.3技術要求高

曲軸的技術要求高，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

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。由于球墨鑄鐵為優質鑄鐵材料，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勢，目前車用曲軸多采用鑄造工藝制造曲軸毛坯，據統計，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

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

4.1車拉技術

該技術源于美國的一項專利，目前國內外已經逐步進入普及階段。其加工形式可以分為三種：①直線車拉；②內環刀具旋轉車拉；③外環刀具旋轉車拉。該技術最重要的優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量。車拉不但效率高，而且更經濟、先進，德國、日本、美國等發達國家采用比較廣泛。

4.2數控內銑技術

數控內銑主要特點是：①生產效率高、加工精度高、適用范圍光；②對于鍛造曲軸，內銑有利于斷屑，剛性較好。但內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、設備投資大。

4.3加工質量中心孔技術

曲軸加工過程總的主要定位基準中心孔，對曲軸加工質量有著決定性的作用。由于毛坯幾何中心與質量中心一般不重合，國內生產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，曲軸加工時旋轉產生的離心力，影響了加工質量，降低夾具的使用壽命。后續工序還要進行動平衡試驗，拖慢了生產節拍，影響了加工效率。為了有效解決該問題，國外目前采用質量中心作為基準加工中心孔，但是質量中心不易定位，為此專門設計測試設備來測定工件的質量中心，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，使用數控機床進行加工，快速提高加工效率。該技術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量分布不均勻使用該技術并不能解決。

5　結語

汽車曲軸作為發動機的重要零件，其加工質量很大程度上影響了發動機以至于汽車工作效果。曲軸加工引入新技術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、質量輕等特點。