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隨著發動機日益向輕量化、結構簡單化、性能化方向發展，發動機曲軸制造技術和工藝發生了很大的變化。在當今市場產品嚴重同質化的情況下，為提高產品競爭力，近年來發動機曲軸加工采用了不少特種工藝，以增強企業的競爭優勢。

*的曲軸加工生產線一般都比較短，但效率高、產量大，加工出的曲軸質量好且很穩定。如美國底特律Ford發動機廠曲軸生產線只有17道工序，占地面積6967m2，但年產V8發動機球鐵曲軸53.5萬件。其*技術主要體現在兩個方面：一是大量采用了CNC控制技術，形成柔性生產線；二是應用了許多*的高速、、柔性加工技術，簡化了工藝過程，提高了加工質量，同時也縮短了單件加工時間。另外，為適應降低成本等需要，近年來發動機曲軸加工采用了很多特種工藝，相比之下，國內大多數生產線還存在較大差距。

*加工技術及裝備

1、鉆質量中心孔技術

曲軸屬于細長類零件，加工過程中主要定位基準是兩端中心孔，按其加工位置可分為兩種:一種是利用雙V型塊或其它方式找出曲軸支承軸頸的幾何中心，在此中心上加工出的中心孔稱為幾何中心孔；另一種是利用專門的質量定心機測出曲軸的質量中心，在此中心上加工出的中心孔稱為質量中心孔。由于毛坯的幾何形狀誤差和質量分布不勻等原因，一般兩者并不重合。

國內生產線中多采用幾何中心孔，但是利用幾何中心孔作定位中心進行車加工或磨加工時，工件旋轉會產生離心力，不僅影響加工質量，降低定心元件的使用壽命，而且在加工后剩余的動不平衡量較大。基于這種原因，國外大都采用質量中心孔，利用專門設計的測試設備來測試質量中心，然后加工出中心孔，并且可將銑兩端長度和加工質量中心孔合并為一道工序，采用CNC技術控制，加工效率很高。但需要注意的是，若毛坯彎曲變形嚴重或質量嚴重分布不均勻，采用質量中心孔仍不能*解決上述問題。因此，筆者認為曲軸的質量中心孔和幾何中心孔應按毛坯質量的好壞合理選用：如果毛坯質量好，加工余量小且加工余量分布均勻，這時曲軸的質量中心孔與幾何中心孔會基本重合，不必花費較高的經費購置質量定心設備；如果毛坯質量較差，加工余量大且加工余量分布不均勻，則優先選用質量中心孔。

2、數控車-車拉技術

車拉技術在國外大量用于半精加工曲軸的主軸頸和連桿軸頸。其加工形式可分為3種：直線車拉、內環刀具旋轉車拉和外環刀具旋轉車拉。

圖1 雙刀盤車-車拉機床

3、數控高速外銑技術

對于平衡塊側面需要加工的曲軸，CNC高速外銑技術比CNC車削、CNC內銑、車-車拉的生產效率更高。以四拐曲軸為例，CNC車-車拉工藝加工連桿軸頸要二道工序，而CNC高速外銑只要一道工序即可完成（應用工件回轉和銑刀進給伺服連動控制技術，可以一次裝夾不改變曲軸回轉中心隨動跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸）。

CNC高速外銑的優點包括：切削速度高（可高達350m/min）、切削和工序循環時間較短、切削力較小、工件溫升較低、刀具壽命高、換刀次數少、加工精度更高且柔性更好，因此CNC高速外銑將是曲軸主軸頸和連桿軸頸粗加工的發展方向。

4、CNC內銑技術

CNC內銑加工性能指標高于普通外銑加工，尤其對于鍛鋼曲軸，內銑更有利于斷屑，剛性特別好。數控內銑銑削工藝是目前上曲軸連桿頸粗加工*的加工方法之一，尤其是大功率鍛鋼曲軸的加工，內銑工藝更是。

5、數控磨削技術

曲軸傳統的磨削工藝均采用磨削線速度為35m/s的普通曲軸磨床，砂輪進給和修整為手動進給，軸徑和臺肩的磨削余量大，砂輪耐用度低，需技術工人精工細作才能磨出精品。目前，曲軸磨削采用多種磨削方式來加工，圖２為曲軸CBN磨削。

圖2 曲軸CBN磨削

曲軸磨削可采用的技術有單序加工和復合加工等工藝。采用單序加工方式加工磨削效率很高，磨削后軸頸的跳動量容易控制，砂輪一次修整完畢后能保證各軸頸尺寸的一致性。缺點是柔性差，只能加工一個系列產品。加工曲軸前端和后端的有寬砂輪組合磨削等。例如，磨削四拐曲軸主軸頸采用的工藝有五砂輪磨削（如圖３），磨削四拐曲軸連桿頸采用的工藝有雙砂輪磨削（如圖４）。

圖3 五砂輪磨削主軸

圖4 雙砂輪磨削連桿頸

復合加工是指一次裝夾磨削所有主軸頸和連桿軸頸，磨削連桿軸頸采用*的擺動跟蹤磨削技術，這種磨削方式zui大的優點是柔性化好。復合加工有兩種可以采用的工藝：順序磨削主軸軸頸及連桿軸頸（如圖５）和同步磨削主軸軸頸及/或連桿軸頸（如圖６）。

圖5 順序磨削主軸頸和連桿頸

圖6 同步磨削主軸頸及/或連桿頸

6、曲軸深油孔加工采用槍鉆技術

曲軸深油孔加工是曲軸尤其是鍛鋼曲軸加工中的一個難題。曲軸深油孔的直徑一般在5～8mm之間，從主軸頸到連桿頸傾斜貫通，屬典型細長孔，而且在曲面上加工，工藝性差。加工深油孔的辦法是采用槍鉆工藝。

槍鉆不但可用來加工深孔（徑長比1:250），而且也可用來加工淺孔（徑長比1:1）。槍鉆由鉆柄（用于裝夾刀具）、鉆桿（用于連接刀頭，按加工孔的長度 確定，采用韌性較好的材料）、鉆頭（切削部分，刀尖是偏心的，采用硬質合金材料）三部分焊接在一起，中間有一通孔，外側面有一直V型槽。依靠中間通孔實現內冷卻，冷卻液從后刀而上的小孔處噴出，可直接對切削區冷卻。當使用高壓冷卻液時，其切屑能從被加工孔中通過直V型槽有效排出，無需在鉆削過程中定期退刀來排出切屑。在加工細長孔時，槍鉆可以將鉆孔、鏜孔、鉸孔一次完成，一次走刀便可加工出高精度（IT6～8級）、直線度（0.16～0.33mm/1000mm）、粗糙度值（Ra3.2～0.1）孔。

據一汽大眾資料介紹，當用槍鉆加工發動機曲軸的深油孔時，必須使用尺寸適合的鉆套。他們采用的鉆套是用硬質合金或合金工具鋼制造的精密槍鉆鉆套，其硬度為HRC 63～65，內孔表面粗糙度為Ra1.6～3.2，內外徑zui大允許同軸度誤差為2um，前端面zui大允許跳動誤差為5um，鉆套底面和工件表面的距離不超過0.5mm，鉆套和主軸的同軸度誤差不超過5um，鉆套與槍鉆頭部的間隙保持在3～8um之內。使用槍鉆的機床主軸必須有較高的軸向和徑向剛度，使用時應正確選取切削用量。一般情況下，切削速度Vc為60～100m/min，進給量f為0.015～0.03mm/r，油壓P為2.5～6.0MPa，流量Q為0.2～0.65L/s。

此外，加工發動機曲軸的深油孔時還需選擇的槍鉆油。一般槍鉆用切削液應有極壓添加劑，以保證在高壓下形成油膜，防止產生干摩擦。切削液的粘度與鉆孔直徑有關，直徑越小，粘度越低。送往槍鉆切削區的切削油和一般機械加工相比具有壓力高、流量大、過濾精度高的特點。流量應隨孔深的增大而增大，以保證切削油有更大的流速，達到通暢排屑的目的。

圖7 光整前后曲軸的對比

曲軸特種加工工藝

1、圓角滾壓工藝

曲軸的圓角滾壓是利用滾輪的壓力作用，在曲軸的主軸頸和連桿頸過渡圓角處形成一條滾壓塑性變形帶。這條塑性變形帶的特點包括：

（1）產生的殘余壓應力可與曲軸在工作時的拉應力抵消或部分抵消，從而提高疲勞強度。

（2）硬度提高。滾壓使圓角處形成高硬度的致密層，從而使曲軸的機械強度和疲勞強度提高。

（3）表面粗糙度降低。圓角滾壓可使圓角表面粗糙度達到Ra0.1以下，從而大大減小圓角處的應力集中，提高疲勞強度。

國外應用的圓角滾壓技術已相當*，可一次完成對所有圓角的滾壓，且可做到主軸頸與連桿軸頸圓角的壓力不同，同一連桿軸頸圓角在不同方向上的壓力也可不同。這樣可經濟地達到*的滾壓效果，zui大限度地提高曲軸的抗疲勞強度。經德國赫根塞特（HEGENSCHEID）公司測定，球鐵曲軸經滾壓后壽命可增至100%～280%。

2、滾磨光整工藝

光整加工技術應用于發動機曲軸，可以使其表面質量大幅度提高。其主要工作原理是：由顆粒狀磨料和多功能磨液以及水組成磨具，磨具在料箱中做復雜的自由運動，將工件沉沒于磨具之中旋轉運動，工件與磨具以一定的相對速度和作用力發生摩擦、擠壓、刻劃和微量切削，以達到表面質量的提高。尤其對曲軸而言，由于結構復雜人工去除毛刺困難，光整技術就顯得尤為重要。

光整加工技術的具體效果和主要特點包括：

（1）能較全面地去除毛刺、圓化尖角銳邊；
（2）能去除手工無法去除的銹蝕、氧化層和改善缺陷，使表面光亮奪目柔和；
（3）細化表面組織，提高軸頸表面殘余壓應力的數值；
（4）改善裝配性，提高可靠性和使用壽命，降低磨合期；
（5）可大幅度地提高表面輪廓支撐長度率Tp值，提高表面耐磨性。

3、砂帶拋光工藝

曲軸的主軸頸、連桿軸頸及止推面都要求進行超精加工和拋光。傳統工藝是采用靠模油石超精加工機床，加工后嚴重地破壞了軸頸的幾何形狀，形成馬鞍形（凹形），而且對軸頸尺寸影響較大。國外曲軸的超精加工早已采用數控砂帶拋光工藝，而且這種砂帶是防潮靜電植砂的（保證砂粒尖鋒朝外）。為了能對圓角和軸肩拋光，砂帶兩側開槽以便與加工面貼合。

國外的曲軸砂帶拋光機可同時拋光主軸頸、連桿軸頸、圓角、軸肩及止推面。其結構均采用對夾式，每個軸頸上用4片墊塊（中凹型）壓緊砂帶；墊塊和砂帶宜根據工件材質和硬度選擇；機床上的卷帶機能保證每個軸頸都有一段新砂帶（長度可調）參加工作；拋光的方式以超精加工的原理進行。其效率和效果都遠遠優于油石。

對于球鐵曲軸的拋光與磨削，由于球鐵內的鐵素體磨削后會形成突起毛刺，所以應使軸的磨削轉向與工作轉向相反，拋光轉向與工作轉向相同。這樣才能在拋光中有效地去除毛刺，避免工作時刮傷軸瓦