曲轴制造技术的进展及敏捷柔性生产线方案
曲轴是发动机的心脏；曲轴制造技术是发动机制造技术的集中体现。国内汽车发动机关键零部件主要制造技术装备目前依赖进口，而发动机曲轴加工的敏捷柔性生产线还处在初期阶段，需要一个长期的技术积累和发展过程。
曲轴加工工艺的发展演变
1) 20世纪70年代以前，发动机曲轴粗加工采用的加工方式是多刀车床车削曲轴主轴颈和连杆轴颈。采用这种方式加工精度较低、柔性很差、工序质量稳定性低，且容易产生较大的内部应力，难以达到合理的加工余量。在粗加工后一般需要进行去应力回火处理，释放应力。因此粗加工需要给后续精加工工序留较大的加工余量，以去除弯曲变形量。曲轴精加工采用的是普通磨削工艺，一般采用MQ8260曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光。通常靠手工操作，加工质量不稳定，废品率较高。
2) 20世纪70年代到80年代左右，曲轴粗加工采用CNC车削、CNC外铣加工，加工状况有所改善。精加工仍以普通磨床磨削工艺为主。
3) 20世纪80年中期又出现了CNC内铣工艺，CNC内铣加工性能指标要高于CNC外铣加工，尤其是对于锻钢曲轴，内铣更有利于断屑。精加工工艺多采用半自动曲轴磨床，头架和尾座同步传动，加工精度有一定的提高。
4) 1985年到1990年左右开发出了曲轴车拉、车－车拉工艺（图1为双刀盘车－车拉），该工艺具有精度高、效率高等优点，特别适合于平衡块侧面不需要加工且轴颈有沉割槽（包括轴向沉割槽）的曲轴，加工后曲轴可直接进行精磨，省去粗磨工序。曲轴精加工已少量采用数控磨床磨削工艺，尺寸的一致性得到改善。
图1 双刀盘车－车拉 |
图2 双刀盘高速外铣 |
6) 进入21世纪以后，复合加工工艺已进入曲轴制造业中。复合机床应具有工序集成功能，多种加工集成功能。奥地利WFL公司生产的卧式车铣复合加工中心（图3为M40G型）能在曲轴硬化前“一次装夹，全部加工”，加工后的曲轴可直接转入精加工工序；曲轴精加工方面，也出现了工序集成的CBN数控磨床，即一次装夹磨削全部曲轴主轴颈和连杆轴颈（摆动跟踪磨削）。
图3 M40G车铣复合加工中心 |
典型曲轴加工先进装备性能简介
图4 CNC高速随动外铣机 |
CNC车-车拉机床：该设备一次设定能完成所有同心圆的车削，并在同一台机床上完成车—车拉（车侧端面）加工，加工效率高，通过使用特殊卡盘和刀具系统还能实现柔性加工，且机床保养简便维护成本也较低，特别适用于平衡块侧面不需加工、轴颈有沉割槽的曲轴。其中拉削工艺可用高效的梳刀（图5）车削工艺代替，梳刀加工通常放到该工序的最后工步，通过微量的径向进给和纵向车削实现高速精加工。
图5 梳刀刀片 |
图6 止推面精车滚压机 |
图7 JUCRANK 6000/50-50型CBN磨床的前端和后端形状 |
图8 模块化曲轴刀具系统 |
曲轴敏捷柔性生产线（AFTL）方案探讨
目前国内轿车曲轴生产线多为高速柔性生产线FTL(Flexible Transfer Line)，这种生产线的特点是不仅可以加工同系列曲轴，而且还可加工变型产品、换代产品和新产品，真正具备柔性意义。为进一步提高高速柔性生产线的生产效率，更快的适应巿场，FTL下一步发展是敏捷柔性生产线AFTL（Agile Flexible Transfer Line）。其主要目的是：
1）满足巿场变化的需求。不但满足当前产品的要求，还应考虙未来巿场需求。
2）满足生产方式的需求。能满足现代发动机“多品种、大中批量、高效率、低成本”的生产需求。
3）符合“精益生产”的原则。杜绝浪费，用最少投资、最大回报谋取利润。
由于发动机曲轴自身结构的特殊性，笔者认为曲轴AFTL应具备以下特点：由高速加工中心和高效专用机床（含少量组合机床）组成。按工艺流程排列机床并由自动输送装置连接，采用柔性夹具和高效专用刀具生产。为防止关键工序设备故障造成全线停产，可增设平行设备增补，亦能满足大批量生产的需要。以下是其工艺流程（仅金属加工部分）：
铣端面、定总长、钻质量中心孔、车大小端外圆→铣主轴颈及轴肩→铣连杆颈及轴肩→车拉主轴颈及沉槽→车拉连杆颈及沉槽→枪钻油孔→清洗→圆角滚压→法兰钻孔攻丝→精磨主轴颈（CBN）→精磨连杆颈（CBN）→斜切磨小端→斜切磨法兰端→车滚止推面、铣键槽→动平衡→砂带抛光主轴、连杆及法兰外径→清洗、冷却→检测分类。
对上述工艺流程有几个问题探讨如下：
1、曲轴质量中心孔和几何中心孔的选用。
1）毛坯质量好，加工余量小且加工余量分布均匀。这时曲轴的质量中心孔与几何中心孔基本重合，则不必花费较高的经费购置质量定心设备而直接钻几何中心孔。
2）毛坯质量较差，加工余量大且加工余量分布不均匀，要优先选用质量中心孔。因初始不平衡量较大，如果钻几何中心孔，质量分布不均匀，转动惯量较大，损坏后续加工设备精度。再者，采用几何中心孔，在进行动平衡时，初始不平衡量可能超出平衡机要求而无法平衡。在这种情况下应优先选用质量定心机。
2、曲轴粗加工机床的合理选用
1）选用原则
先进的金属加工设备在曲轴制造中的重要性毋庸置疑，它能够可靠地保证尺寸精度和一致性，适应生产节拍的要求，提高整体工艺水平。但不能采取“拿来主义”，也并不是设备越先进越好，应符合以下三个原则：1）符合工艺性原则，结合产品结构，能满足尺寸精度和一致性的要求。2）符合经济性原则，采用招标的形式降低成本。3）符合设备管理和维修性原则，考察设备生产商售后服务质量，设备易损件是否能够随时采购等。
2）合理组合
国内曲轴制造企业对引进设备存在一些误区，比如认为设备越先进、昂贵越好。其实如果使用不当，先进设备起不到应有的作用 ，造成浪费。下面以CNC高速外铣、CNC内铣、CNC车-车拉的合理组合为例来介绍。
（1）曲轴平衡块侧面需加工，主轴颈加工应优先选用CNC内铣或CNC高速外铣，连杆颈的加工用CNC高速外铣。如果毛坯是锻钢毛坯，CNC内铣更有利于断屑。不宜采用CNC车-车拉，由于平衡块侧面是断续车削，曲轴转速又很高（约1000r/m），崩刀现象很严重。
（2）曲轴平衡块侧面不需加工，主轴颈加工选用CNC车-车拉比较合理，加工精度高。由于连杆颈轴线不在一条中心线上，如六拐曲轴，用车-车拉加工就有一些麻烦，CNC高速外铣就比较合理。
（3）轴颈有沉割槽的曲轴，此时CNC车-车拉体现出其优越性，若轴向有沉割槽，CNC高速外铣和CNC内铣不能加工，而车-车拉能加工。
以上设备应采用独立双刀盘、模块化刀具系统等实现柔性化加工。
3、曲轴圆角滚压强化
曲轴的圆角滚压强化，主要是为了提高曲轴的疲劳强度。据统计资料表明，球铁曲轴经圆角滚压后寿命可提高120-230%；锻钢曲轴经圆角滚压后寿命可提高70-130%。因此这种强化手段受到各曲轴生产厂家的高度重视。目前国外轿车曲轴几乎全部采用滚压强化工艺。采用这种设备应注意柔性化，以适应不同产品的加工。
4、曲轴砂带抛光
采用砂带抛光可同时抛光主轴颈、连杆颈、法兰、圆角及至推面，由曲轴轴向窜动实现圆角及止推面的抛光。抛光后的表面粗糙度至少提高一级精度以上。为实现曲轴多品种、变型产品的加工，可采用独立抛光头、分多工步加工实现柔性化。
5、曲轴的清洗
曲轴通常采用二次清洗，第一次清洗安排在枪钻油孔之后，去除油孔内的铁屑和曲轴表面的润滑油，为下道工序提供清洁的半成品。第二次清洗安排在砂带抛光之后，选用定点定位专用清洗机对油孔、法兰螺孔等用专用喷嘴清洗。
6、曲轴的精加工
曲轴精磨主轴颈和精磨连杆颈工序应选用单砂轮、独立双砂轮CBN数控磨床，不易选用多砂轮一体化磨床，虽效率高，但不能适应多品种柔性化需要。
山东滨州海得曲轴有限责任公司 李海国
声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。
- 暂无反馈
