发动机曲轴加工工艺技术探讨

申介朋

摘 要：随着经济发展以及居民生活水平的不断提高，对汽车的需求大幅度攀升，在汽车产业高速发展的同时，推动着汽车零配件产业的迅猛发展。曲轴是汽车的核心部件，直接影响着汽车发动机的性能和动力性。发动机的高温、高压、高速等特征，使得每个零部件都要经过精度加工。曲轴作为核心的零部件，受到极大的冲击，所以曲轴材质的选择以及加工质量和精度的选择的要求更高。曲轴加工的设计方法、生产设备的选择，对曲轴加工工艺会产生重要的影响。本文对曲轴的加工工艺技术设计原则与加工工艺特点进行初步的探讨，着重地分析了发动机曲轴的加工工艺技术，希望可以进一步提高曲轴加工工艺水平和质量。

关键词：发动机 曲轴加工 工艺技术

Discussion on Processing Technology of Engine Crankshaft

Shen Jiepeng

Abstract：With the economic development and the continuous improvement of residents' living standards， the demand for automobiles has risen sharply. The rapid development of the automobile industry has promoted the rapid development of the auto parts industry. The crankshaft is the core component of the car， which directly affects the performance and power of the car engine. The high temperature， high pressure， high speed and other characteristics of the engine make each component undergo precision machining. As a core component， the crankshaft is greatly impacted. Therefore， the selection of crankshaft material and the selection of processing quality and precision have higher requirements. The design method of crankshaft processing and the selection of production equipment will have an important impact on the crankshaft processing technology. This paper makes a preliminary discussion on the design principles and processing characteristics of crankshaft processing technology， focusing on the analysis of engine crankshaft processing technology， hoping to further improve the level and quality of crankshaft processing technology.

Key words：engine， crankshaft machining， process technology

1 曲轴的加工工艺技术设计原则与加工工艺特点

首先，是曲轴的加工工艺技术设计原则。一方面，优化切削刃布置，提高切削面精度以及光滑程度。发动机在运行过程中，会给曲轴带来巨大的冲击力，由于曲轴还要承担动力传递的任务，加大了曲轴加工的难度。所以，要保证曲轴部件的稳定性，保证曲轴加工的质量与一致性。另一方面，曲轴的技术人员要加强对曲轴技术与设计的深入研究，完善曲轴加工的各项技术标准，提高曲轴加工的整体效率与质量。

其次，是曲轴的加工工艺特点。第一，曲轴的形状复杂。曲轴的不同中心线不在同一水平线上，具有一定的偏心距离。由于曲轴轴颈对平衡感以及设计基准位置的要求，在曲轴加工工艺的设计中，针对连杆轴颈，在进行偏心夹具的规划时，要尽量使中心线重合，再连接其他轴颈。第二，曲轴的刚性差。曲轴具有较大的长直径和复杂的曲柄结构，导致曲轴的刚性较差。为了尽量减少曲轴在切削力下的变形，曲轴的加工工艺设计中，合理安排工序，针对粗加工中的变形，一步步地提高加工的精度。粗加工具有更大的切削力，必须提高曲轴加工的刚性，尽量减少部件的变形。第三，曲轴加工的技术要求较高。曲轴在加工过程中对尺寸、形状、位置等具有较高的要求，加工工艺技术较复杂，要充分考虑不同加工方式的配置情况，合理配置粗加工、半精加工以及精加工的技术，在两侧确定中心孔时，尽量选择精加工，降低粗加工的精度误差。

2 曲轴的加工工艺技术

2.1 中心孔技术、粗加工技术

首先，是两端中心孔的加工技术。定位基准中心孔是曲轴加工过程的重要环节，也是影响曲轴加工质量的重要因素。曲轴中心孔的加工方式主要有两种选择，毛坯几何确定中心孔与质量确定中心孔，两者加工方式的选择具有异质性。在选择具体的加工方式确定中心孔时，技术人员要对曲轴的具体情况进行综合的考察分析，做出科学的选择。当前，国内曲轴的中心孔的确定多选择毛坯几何的方式，在确定中心孔时，要对毛坯的质量进行综合的评估分析，当能够有效的控制毛坯的质量处于稳定的较高水平状态，出于控制曲轴加工设备成本的角度，可以采取毛坯几何确定中心孔的方法。若不能有效的控制毛坯的质量或者使毛坯具有一致性，则可以采取质量方法确定中心孔，但此种方法的成本较高。同时，采取毛坯几何确定中心孔，使得曲轴加工时无法保证动平衡，降低曲轴加工的质量以及家具的使用时间。在进行平衡试验的过程中，严重影響了曲轴的加工节奏，不利于提高曲轴的加工效率。国外在选择确定中心孔的方法上多为质量定心，有效保证中心的动平衡，运用专业的设备寻找质量中心，利用数控机床进行加工，有效地提高了曲轴加工的效率，并解决了毛坯几何无法保证动平衡的问题。

其次，是粗加工技术。曲轴的粗加工工艺具有多种形式，譬如数控车削、数控高速内、外铣技术以及车拉技术等。曲轴的粗加工技术方案的选择要综合考虑曲轴的结构特性以及生产预算等要求，在此前提下，才能实现曲轴粗加工技术的合理应用，实现预定的投资效果。

第一，曲轴的数控车削技术是一种高效率的曲轴主轴颈同心部位的加工方法。由于曲轴加工时存在的旋转离心力，导致夹具极易出现松动，因此对道具具有更高的要求。第二，车拉是一种组合加工方法，将车削与车拉进行紧密结合，统一固定在同一个刀盘的外圆周上，在曲轴旋转的过程中不断的调整加工的刀片。车削刀片与车拉工具的主要作用不同，车削刀片主要运用于粗加工切削，二车拉道具主要用于精加工切削的操作中。第三，数控高速内铣具有更强的刚性和更好的削断屑效果，特别是对于锻钢曲轴而言，是一种先进的曲轴连杆颈粗加工方法。第四，数控高速外铣技术是一种更适合平衡块两侧曲轴的加工方法，具有更快的切削速度以及较小的切削力，刀具使用时间更长，具有更高的灵活性和更高的生产效率。

2.2 基准的选择

基准的选择是影响曲轴加工工艺效果的重要因素，基准面的选择要综合考虑多方面的因素，基准面的选择越合理，会提升曲轴加工的质量，提高生产速度。若基准面的选择缺乏合理性，会导致曲轴加工过程中出现各种漏洞，更有甚者会导致曲轴零件的报废，不利于曲轴加工的生产进程。基准的选择主要包括两种：粗基准以及精基准的选择。

首先，在粗基准的选择上，针对曲轴要求水平较低的，可以选择曲轴的外圆当作粗基准，针对曲轴要求水平较高的，在粗基准的选择上，必须使中心孔与面的中心相结合，尽量缩小轴颈距离。针对曲轴曲柄的基准选择上，由于毛坯的模锻成型的特性，使得曲柄的制造精度可以满足数据的需求，在具体的生产过程中可以适当调整程序。曲轴的曲柄部位使曲轴轴承方位的重要的确定标准，合理地选择曲柄部位，可以降低曲柄的位置偏离度。

其次，在对精基准进行筛选时，生产中的数据偏差是重要的考虑因素，在选择位置时要尽量做到以下几点：第一，坚持基准一致原则，即在进行生产前已经明确了基准数据后，则不再改变;第二，坚持统一基准原则，尽量地让每一个加工表面选择统一的定位基准，充分保证不同加工表面的精度;第三，坚持自为基准原则，利用生产的部件作为生产的判定标准，提高生产速度。

2.3 深油孔加工以及圆角滚压强化技术

首先，是深油孔加工技术。深油孔加工是曲轴加工中的重点难题，特别是对锻钢材料曲轴加工而言。深油孔通过倾斜将连杆颈和主轴颈联系，以细长孔的方式存在，大约直径在5-9mm。MQL枪钻技术具有较高的加工效率，减少对环境的污染，是解决深油孔问题的一个有效方法。在钻深油孔时，选择与曲轴尺寸相适应的专用钻套是具有关键作用的，相适应的尺寸具体表现为，内外直径的而最大误差在2um，轴面的最大跳动范围是5um，底部的距离小于等于0.5mm。同时，钻头与钻套的间距，要求在3-8um之間。

其次，是圆角滚压强化技术。其具体的使用程序是在曲轴半精加工以后，主要是沉割槽圆角的滚压。利用小滚轮，在曲轴内部形成滚压塑性变形区，施加压力。圆角滚压强化技术，随着可以的不断发展，技术日渐成熟，具有较高的加工效率，并且成本较低，具有极强的灵活性。同时，圆角滚压强化技术可以提高曲轴使用过程中抗强度能力，获得更好的滚压效果，提高铸件与钢件的疲劳强度。曲轴内部形成的滚压塑性变形区具有诸多优势：第一，针对发动机运行过程中的拉应力在一定程度上可以由滚压塑性变形区产生的产生残余压应力抵消;第二，形成一个致密层，在提高曲轴抗疲劳程度的过程中提高硬度;第三，圆角滚压强化技术可以提升曲轴表面的光滑度，降低表面的粗糙度。

2.4 高速磨削与超精抛光技术

首先，是数控CBN高速磨削技术。数控CBN高速磨削技术是曲轴精加工必不可少的部分，具有更高的速度和效率。其中，“随动磨削”是一种更好的高速磨削手段，可以一次性的完成粗、半精及精磨削加工，省时、省力。在“随动磨削”技术下，简化了机床配置的系统与机械结构，使得偏心夹具夹住工件的工作更加便利，在一定程度上提高的工作效率，降低了对工人经验和技术的要求。同时，“随动磨削”使得补偿系统具有更高的准确性，轴颈之间的公差离散度降低，曲轴分级具有更强的稳定性。

其次，是超精抛光技术。抛光技术主要是针对已经进行精密磨削加工后的曲轴。部分精密加工后的曲轴表面仍然不够光滑，存在毛刺，此时需要超精抛光技术。在采取超精抛光技术时，抛光方向的选择应与曲轴的磨削以及发动机的旋转方向一致。超精抛光技术具有效率高、精度高的特点，一定程度上可以保证轴颈的形状不会发生变化，以及尺寸的一致性，降低部件的废弃率，提高曲轴表面的光滑度。

3 结语

汽车作为现代社会最重要的交通工具，具有数量大、普及范围广等特点，是备受社会青睐的交通工具。汽车行业的繁荣，为汽车零部件产业的繁荣发展提供了机遇。而曲轴作为汽车发动机的核心部件，对发动机具有重要的作用。要加大对曲轴加工工艺技术的研究强度，明确曲轴加工工艺设计的原则、加工过程以及特点，对曲轴加工的工艺技术进行针对性的探讨，不断的优化曲轴加工的工艺技术，提高曲轴加工的工艺标准和加工质量，更好的促进发动机技术的进步，提高发动机的稳定性，进一步地提高汽车的工作性能。

参考文献：

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