浅谈汽车曲轴加工工艺

刘培祥，杜丹丰，王国龙（东北林业大学 交通学院，哈尔滨 150040）

浅谈汽车曲轴加工工艺

刘培祥，杜丹丰，王国龙
（东北林业大学 交通学院，哈尔滨 150040）

曲轴是发动机的重要零件。本文介绍了曲轴的结构及受力特点，叙述了曲轴加工工艺特点，论述曲轴加工工艺路线并进行分析，最后介绍了几种国外曲轴加工先进技术。

汽车；曲轴；工艺；先进技术

0　引言

进入21世纪以来，中国汽车销量急速增长，2015年中国汽车销量达到2 459.8万辆，这是自2013年以来连续三年超过2 000万辆，这表明我国已经进入汽车产销高速增长的黄金阶段。随着汽车产量的攀升，汽车企业对发动机曲轴的加工工艺越来越重视。曲轴是发动机的重要零件，其性能对发动机工作效果有直接影响。

1　曲轴结构

曲轴是发动机最重要的零件之一。其功用是将活塞连杆组传来的气体作用力转变成曲轴的旋转力矩，再通过飞轮、离合器和汽车传动系统来驱动汽车行驶；同时驱动发动机的辅助装置工作。

曲轴组成部分主要包括由主轴颈、连杆轴径、曲柄、平衡重和后凸缘等组成。曲轴由若干曲拐组成，一个曲拐包括一个连

2　曲轴的加工工艺特点

2.1刚性差

曲轴的长径比较大，同时具有曲拐，因此刚性较差，容易发生扭曲及弯曲变形。加工时需要注意几个问题：粗加工时，机床刀具及夹具要具有较高的刚度；尽量保证切削力的作用能够相互抵消；将加工精度较高的工艺安排在工艺流程后段。

2.2形状复杂

曲轴的主轴颈与连杆轴径具有一定的偏心距，而对偏心距的尺寸精度要求很高，而且结构上还有平衡重，故需要加强偏心夹具的设计精度。

2.3技术要求高

曲轴的技术要求高，需要加工的面多，同时还需要保证大量的尺寸精度、形状精度、位置精度。因此曲轴的工艺路线较长，而且有较多的精加工步骤。曲轴加工工艺设计时需要考虑分配粗、精加工余量；粗加工选择曲轴中心孔作为基准，精加工时同样选择曲轴中心孔作为基准但需要重新修磨中心孔；加工时轴向定位的选择。

3　曲轴加工技术

3.1曲轴材料

曲轴毛坯有两种加工方式，分别是锻造加工和铸造加工。锻造中常用中碳钢和中碳合金钢如，35、40、45、35Mn2、40Cr，35CrMo等，铸造加工中多用铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁以及合金铸铁，如ZG230-450、QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等材料。由于球墨铸铁为优质铸铁材料，力学性能接近碳钢，切削性能良好，而成本只有碳钢的三分之一，所以球墨铸铁被广泛使用。由于球墨铸铁的性能和价格方面的优势，目前车用曲轴多采用铸造工艺制造曲轴毛坯，据统计，车用曲轴采用球墨铸铁的比例：美国90%、英国85%、日本60%。

3.2曲轴加工工序分析

3.2.1钻中心孔

钻中心孔这道工序要保证曲轴的长度和中心孔的精度，钻头刚度较低，容易折断，该工序又要钻头承受切削力，所以要保证先面后孔的加工步骤。中心孔作为轴类零件的加工基准，它直接影响了曲轴的加工精度，一般选择曲轴的几何中心作为中心孔，以毛坯料的外表面作为基准。

3.2.2轴径的车削

曲轴的轴径使用车削的方式进行加工，因为加工余量大而且分布不均匀，切加工时动平衡性差，因此要使用夹具进行固定。车轴径一般先精车一段主轴颈和轴肩，再以其定位作为另一端，依次提高加工精度。

3.2.3键槽加工

键槽的作用主要是安装飞轮，为了保证精度以及对称度，要把该工序放到主轴颈之后。键槽的加工对精度要求不高，在普通车床上加工即可。

4　曲轴先进加工方法

随着机械加工技术的进步，先进的加工技术逐渐在向各种机械加工领域渗透，因此高精度、高效率、高速度的加工设备也在发动机曲轴领域中得以铺开，曲轴加工也逐步进入了高科技含量的时代。

4.1车拉技术

该技术源于美国的一项专利，目前国内外已经逐步进入普及阶段。其加工形式可以分为三种：①直线车拉；②内环刀具旋转车拉；③外环刀具旋转车拉。该技术最重要的优点是加工时任意时间都只有一个刀齿与工件进行接触，相比于车削，工件加工过程中受力大幅度减小，所以变形减小，有效提高了曲轴的加工质量。车拉不但效率高，而且更经济、先进，德国、日本、美国等发达国家采用比较广泛。

4.2数控内铣技术

数控内铣主要特点是：①生产效率高、加工精度高、适用范围光；②对于锻造曲轴，内铣有利于断屑，刚性较好。但内铣也有着其自身的缺点，对刀困难，切削速度难以提高、加工时间长、设备投资大。

4.3加工质量中心孔技术

曲轴加工过程总的主要定位基准中心孔，对曲轴加工质量有着决定性的作用。由于毛坯几何中心与质量中心一般不重合，国内生产线多以几何中心为基准加工中心孔。但是由于几何中心孔并不能保证动平衡，曲轴加工时旋转产生的离心力，影响了加工质量，降低夹具的使用寿命。后续工序还要进行动平衡试验，拖慢了生产节拍，影响了加工效率。为了有效解决该问题，国外目前采用质量中心作为基准加工中心孔，但是质量中心不易定位，为此专门设计测试设备来测定工件的质量中心，然后在进行中心孔加工。该工序可以和铣削曲轴长度合并为一道工序，使用数控机床进行加工，快速提高加工效率。该技术有效的解决了曲轴加工的中心孔定位问题，但是如果毛坯变形程度过大或者工件的质量分布不均匀使用该技术并不能解决。

5　结语

汽车曲轴作为发动机的重要零件，其加工质量很大程度上影响了发动机以至于汽车工作效果。曲轴加工引入新技术后可以解决部分加工时的难题，提高加工效率。

主要参考文献

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2016-05-09杆轴径、左右两个曲柄和左右两个曲轴颈。曲轴在工作中受到周期性变化的气体作用力、惯性力及其力矩的作用，同时在相互运动件之间形成磨损。这就要求曲轴具有足够的强度、刚度、良好的润滑条件和耐磨性、质量轻等特点。