机车柴油机曲轴的设备配置

【编者按】曲轴在工作中除承受气体压力、惯性力、离心力外，还承受着由于扭转振动而引起的附加载荷。它是柴油机上的一个重要运动件，它加工工艺复杂、加工精度要求高、造价昂贵。

中国南车戚墅堰机车有限公司主任工艺师 刘建民

机车柴油机因受机车长和宽的限制，一般长度在4~6m，宽度在2.5~3m左右。所以柴油机的曲轴一般也在4m左右。视柴油机功率的大小，曲轴主轴颈直径有φ190mm、φ220mm、φ230mm、φ250mm等等，曲柄销(也称为连杆颈)则相应小一点。

曲轴装在柴油机机体曲轴箱的各个主轴轴承上，曲柄销与活塞——连杆组活动连接，输出端通过联轴节驱动牵引发动机，自由端通过传动齿轮驱动凸轮轴、机油泵等，并借万向轴驱动辅助设备。

曲轴在工作中除承受气体压力、惯性力、离心力外，还承受着由于扭转振动而引起的附加载荷。它是柴油机上强度高(容易引起疲劳破坏)、截面变化大(容易产生应力集中)、结构刚度差(容易引起变形和振动)的一个重要运动件;它加工工艺复杂(要防止夹装变形、热处理变形等)、加工精度要求高(许多尺寸及形位公差严且要求互换等)、造价昂贵。

机车柴油机转速一般都是介于中高速之间，所以曲轴也必须做动平衡。

机车柴油机曲轴按其毛坯材质和形成来分，也分为铸造的球铁曲轴和全纤维挤压的合金钢曲轴。两者的加工工艺也有很大的区别，下面就以全纤维挤压的合金钢曲轴为例，介绍机车柴油机曲轴的工艺过程(图1)。

机车柴油机曲轴的加工工艺

曲轴毛坯通常要粗车后再做调质以取得良好的力学性能，然后是半精车和精车轴颈。另外还要加工各个孔系，如：内部型腔通油道——斜油孔、主油孔、减重孔、直油孔等，同时因曲轴在柴油机中的工作环境比较恶劣，轴颈的表面需要作强化处理，一般有表面中频淬火和氮化两种方式，另外还要作一些细节处理，如：圆角滚压强化和喷丸强化处理等。除此，还必须做动平衡及油道泵油试验等。

机车柴油机曲轴典型的加工工艺流程如下：

毛坯 划线 粗加工主轴颈和连杆颈 调质工艺孔 调质 (性能试验) 划线 半精加工主轴颈和连杆颈 法兰孔粗加工 去应力 精加工主轴颈和连杆颈 精加工各种孔类(油孔、平衡块安装面孔、减重孔、斜油孔、法兰孔等)

粗磨主轴颈和连杆颈 氮化 精磨主轴颈和连杆颈 抛光主轴颈和连杆颈 圆角滚压强化处理等 组装 泵油 动平衡 涂油防锈交库。

早期的曲轴生产线机加工设备及其特点

80年代前后，曲轴生产的机加工设备都是普通的机床，如：加工主轴颈的C61125、V1000车床和M1380外圆磨床等;加工连杆颈的C8210飞刀盘车床和德国曲轴磨床等;加工各类孔的Z3080摇壁钻床和铣曲轴平面和斜面的XA2112龙门铣床等;以及一些自制的专用机床，另外还需要配备专用的工装和刀具。

无论是国内还是国外，早期曲轴的专业生产都是按曲轴的工艺流程来建造一条生产线而配置多台设备。这样配置的曲轴生产线的特点是：按工艺流程来生产，减少曲轴的往返运输，机床的布局比较合理，条线比较清晰，不同的曲轴品种均可按此流程生产。

现代曲轴生产的先进设备及其选型

进入21世纪后，随着计算机数控的发展，以及机床设备制造精度的进步，柴油机曲轴的生产也以车铣加工中心、镗铣加工中心和曲轴随动磨床这三类设备为主导(这三种设备都是高精度、柔性好且适应性强的设备)。

车铣中心以奥地利的WFL公司(图2)、德国的NILES-SIMONS公司和Wohlenberg公司、西班牙的BOST公司等为代表;曲轴以德国NAXOS公司(图3)、意大利AZ公司和BERCO公司、日本唐津公司、英国兰迪斯公司等为代表;镗铣中心以西班牙尼古拉斯公司、德国MATEC公司和SHW公司、捷克的道斯·凡斯多夫公司为代表。以上这些设备，一般来说，对机车柴油机曲轴的加工都能覆盖，区别在于精度和价格方面的差别比较大。在选型时要根据生产曲轴的精度、批量以及价格的承受来作全面均衡。

在2007年后公司引进了WFL的车铣加工中心和NAXOS的随动曲轴磨床。在引进了先进的装备后，对产品的制造精度有了相当高的保证。以前靠操作者来把握的制造精度已由设备取代，除此，车铣等复合加工技术实现了加工工序相对集中、减少了工件的重复装卸及定位次数、缩短加工辅助时间、提高了工件加工精度和生产效率、设备数量明显减少、节约了生产线的占地面积使单位面积的产量有大幅度地提高，同时也减轻了工人的劳动强度(当然另一方面需要提高工人的文化、技术素质)。一台车铣中心替代了以前需要由六、七台机床才能实现的车、铣、钻、扩、铰等加工功能，包括曲轴的主轴颈、连杆颈和曲柄的所有加工、法兰孔的加工、键槽加工、螺纹孔的加工、主油孔和斜油孔的加工等等，减少了装夹次数，提高了产品精度，同时对试制新产品的工装准备可大大降低，机床的加工柔性大大加强了;同样，一台曲轴随动磨床，替代了原来的普通大型外圆磨床和连杆颈曲轴磨床，一台设备具有两台磨床的功效，而占地面积仅有一台磨床的空间。

引进了先进装备以后，机床的布局以机群式布局为宜。另外，对环境的要求也相应提高，车间厂房应以全封闭的空调衡温比较适宜。

根据全面的衡量，可以根据具体的曲轴生产的复杂程度和批量大小来配备一些国产设备，国产设备中车铣中心(如沈阳机床集团生产的)和一些普通机床，另外上海机床厂的随动磨床近年来，也有很大的进步，这对生产线的总体方案上是很不错的选择。国产设备与进口设备的主要差距是在精度和可靠性上，但在价格上有很大优势，同时对曲轴的半精加工或粗磨是一点问题也没有的。这样对提高效率，成本核算上还是比较划算的。

曲轴

WFL车铣中心

NAXOS随动曲轴磨床

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