发动机曲轴的加工工艺分析

发动机曲轴的加工工艺分析

【摘要】曲轴是发动机中关键零件之一，随着发动机趋于轻量化、结构简单化、性能优质化，发动机曲轴制造工艺发生了很大的变化。高速、高效、柔性、复合化是曲轴制造技术发展的主要方向 文章首先阐述了曲轴材料的选用方法和技术要求，在此基础上，重点对曲轴加工的关键技术问题进行了相关分析与说明。

【关键词】曲轴加工；曲轴材料；工艺方法；强化工艺

曲轴是活塞式发动机中最重要、承受负荷最大的零件之一。曲轴在工作状态下受着交变的扭矩和弯矩载荷，这就要求曲轴具有足够的强度和刚度以及高精度。曲轴加工工艺水平不仅影响着整机的尺寸和重量，而且在很大程度上影响着发动机的可靠性与寿命。因此，改进

曲轴加工方法、提高加工精度显得非常重要。

１．曲轴材料的选用和技术要求

1.1曲轴常用材料

根据发动机的工作状况，曲轴常用材料有：球墨铸铁、调质钢、非调质钢。由于球墨铸铁的力学性能接近调质钢，切削性能良好，且成本只有调质钢材质成本的l／3左右，所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛应用。据统计资料表明，车用发动机曲轴采用球墨铸铁材料的比例：美国为90％，英国为85％，日本为60％。国内的汽油机曲轴，一般采用球墨铸铁制造，常用的牌号有：QT700-2、QT800-6、QT900-6、等温淬火球墨铸铁等。而柴油机曲轴一般采用调质钢或非调质钢制造，调质钢常用材料有：40Cr和42CrMo等；非调质钢常用材料有：48MnV、38MnV6等。

1.2 曲轴的主要部位技术要求

其主要技术要求有以下一些。

（1）主轴颈与连杆轴颈有较高的圆柱度公差要求，一般为5级。

（2）中间三个主轴颈对两端主轴颈有较高的圆跳动公差要求。

（3）曲轴的连杆轴颈与主轴颈有偏心距要求，在加工时应注意回转平衡。

（4）连杆轴颈的轴线对两端主轴颈轴线有较高的的平行度公差要求，一般为0.05mm。

2.曲轴加工的关键技术问题探讨

2.1曲轴定心模式的合理选用

曲轴定心工序采用的方法主要有几何定心和质量定心两种。在业界内，关于采用质量定心还是几何定心的问题，经过多年的争论，现逐渐形成以下共识：①如果曲轴毛坯质量好，可以用几何定心；如果毛坯质量不高，才可能采用质量定心方案。②如果毛坯质量均衡性尚可，采用几何定心方案就能保证曲轴不平衡量在合适的范围内，则不必采用质量定心方案，以减少因质量定心设备带来的设备投资。大量的生产实际表明，伴随我国曲轴毛坯制造水平的不断提升，采用几何定心将成为一种发展趋势。

2.2 曲轴粗加工方式的选择与比较

曲轴的粗加工工艺先后经历了单刀车、多刀成型车、外铣、内铣、车一拉、车一车拉、高速随动外铣、复合加工工艺。由于外铣、内铣、车一拉、车一车拉、高速随动外铣可产生较小的径向切削力，有效地减少了曲轴粗加工的切削变形，因而得到了广泛的应用。在具体工艺的选择上，通常根据以下三个因素进行合理选择。①曲轴长度L。当L700mm时，多采用外铣或者内铣曲轴主轴颈和连杆轴颈工艺。②毛坯余量δ的大小。当δ>5mm时，常采用外铣或内铣工艺；当δ≤3mm时，宜选用车拉、车-车拉工艺。③曲轴粗加工的变形问题。为有效减少变形，可以先进行外铣或内铣主轴颈和连杆轴颈，去除大部分的余量，有效释放应力后再进行车-车拉主轴颈和连杆轴颈工艺，从而获得较高的轴向尺寸和轴颈尺寸精度。

2.3 磨削工艺的合理选择

国内磨削工艺一般分为粗磨和精磨，而国外大多数厂家都是一次精磨到位。磨削工艺的选择要兼顾以下两个问题：一是如何保证曲轴质量；二要有利于消除或减少磨削裂纹。众所周知，磨削裂纹的产生是由磨削热引起的，降低磨削热是解决磨削裂纹的关键，在磨削工艺上可采取以下措施消除或减少磨削裂纹。

（1）采用湿磨法，用切削液冷却磨削区，降低磨削区温度。

（2）选用粒度较粗、硬度较软的砂轮，磨削时可以降低磨削热。

（3）选择合适的磨削量，也可以降低磨削热的产生。

（4）选择合适磨削余量，在磨削过程中减小磨削佘量，降低磨削热的产生。

（5）改善冷却条件，提高冷却喷射压力，加大冷却液流量等，以降低磨削热。

2.4 曲轴强化工艺

由于曲轴在交变应力作用下工作，其轴颈面变化转接圆角处发生应力疲劳和应变破坏的危险性极大。目前，主要通过喷丸强化和圆角滚压强化来改变曲轴抗疲劳性能。

（1）喷丸强化。喷丸强化工艺是通过引入一个预压应力来抵消零件在以后工作周期会受到的拉应力，从而提高工件抗疲劳性能和安全使用寿命。对于喷丸强化过程，有两个最关键的参数。一个是应力强度， 另一个是覆盖率。就曲轴喷丸强化而言，需要监控的参数包括：喷丸速度、喷丸强度、喷丸的距离等。

（2）圆角滚压强化。圆角滚压强化机理在于：金属层在滚轮压力作用下，使金属表层产生残余压缩应力，抵消了部分工作拉伸应力，使零件疲劳强度大幅提高。因而进行圆角滚压强化的关键在于合理选择以下参数：滚压加载模式、滚压力大小、以及滚压力的加载曲线等。

3.结语

要制定先进合理的曲轴加工工艺必须做到以下几点。

（1）根据曲轴零件的特点，采用合理的曲轴定心模式。

（2）磨削工艺参数的选取要有利于减少或消除磨削裂纹。

（3）适合于多品种、小批量的复合加工技术是今后曲轴加工的一个发展方向。

（4）注意曲轴强化工艺的推广和应用。 [科]

【参考文献】

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