目前，世界汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家對發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的加工十分重視，并不斷改進(jìn)曲軸加工工藝。隨著中國加入WTO，國內(nèi)曲軸生產(chǎn)廠家已經(jīng)意識(shí)到形勢的緊迫性，為了提高產(chǎn)品的整體競爭力，引進(jìn)了為數(shù)不少的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，提高了曲軸的制造技術(shù)水平。
1 曲軸用材料
目前，車用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸材質(zhì)有球墨鑄鐵和鋼兩類。由于球墨鑄鐵的切削性能良好，可獲得較理想的結(jié)構(gòu)形狀，并且和鋼質(zhì)曲軸一樣可以進(jìn)行各種熱處理和表面強(qiáng)化處理來提高曲軸的抗疲勞強(qiáng)度、硬度和耐磨性。球墨鑄鐵曲軸成本只有調(diào)質(zhì)鋼曲軸成本的1/3左右，所以球墨鑄鐵曲軸在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，車用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸采用球墨鑄鐵材料的比例：美國為90%、英國為85%、日本為60%，此外德國、比利時(shí)等國家也已經(jīng)大批量采用球墨鑄鐵材料。國內(nèi)采用球墨鑄鐵曲軸的趨勢則更加明顯，85%以上的中、小型功率的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸均采用球墨鑄鐵材料。
就大功率車用柴油機(jī)曲軸而言，鍛鋼曲軸具有較高的綜合機(jī)械性能。許多高強(qiáng)化的中高速大功率四沖程柴油機(jī)都無一例外地采用鍛鋼曲軸。排量在1.6 L以上的發(fā)動(dòng)機(jī)也都采用鋼質(zhì)模鍛曲軸。
2 曲軸的機(jī)械加工技術(shù)
目前，國內(nèi)較陳舊的曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度相對較低。粗加工設(shè)備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及連桿軸頸，工序的質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。一般精加工采用曲軸磨床，通?？渴止げ僮?，加工質(zhì)量不穩(wěn)定，尺寸的一致性差。老式生產(chǎn)線的主要特點(diǎn)是普通設(shè)備多，一條生產(chǎn)線有35～60臺(tái)設(shè)備，導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)周期長、場地占用面積大，且完全是靠多臺(tái)設(shè)備分解工序和余量來提高生產(chǎn)效率。
隨著貿(mào)易全球化的到來，各廠家已意識(shí)到形勢的嚴(yán)峻性，紛紛進(jìn)行技術(shù)改造，全力提升企業(yè)的競爭力，近年來引進(jìn)了許多先進(jìn)的曲軸加工設(shè)備和技術(shù)，其曲軸機(jī)械加工工藝大體上可分為歐美型工藝方案和日本豐田型工藝方案。
2.1 歐美型工藝方案
(1)采用國產(chǎn)專用機(jī)床銑前后兩端面、鉆中心孔。采用國產(chǎn)數(shù)控車床粗精車前后端外圓、主軸頸上的止推面、主軸頸及連桿軸頸上的圓弧槽。采用國產(chǎn)斜切式端面外圓磨床磨削前后外圓及端面。
(2)主軸頸和連桿軸頸的粗加工采用進(jìn)口的新型外切銑床；精加工則采用進(jìn)口的新型雙砂輪磨床 (既可磨主軸頸又可磨連桿軸頸，這是江鈴股份公司的獨(dú)特之處)。采用進(jìn)口的滾壓機(jī)床滾壓主軸頸和連桿軸頸的圓弧槽。采用進(jìn)口的拋光機(jī)拋光主軸頸和連桿軸頸。
(3)采用進(jìn)口的數(shù)控機(jī)床加工前后兩端面上的孔系。采用進(jìn)口的數(shù)控鉆床加工軸頸上的直、斜油孔。采用進(jìn)口的動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)對曲軸進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。
以下是江鈴股份公司發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的工藝方案。
(1)關(guān)鍵部位加工工藝簡述
主軸頸：車→磨→拋光。
連桿軸頸：外銑→磨→拋光。
止推面：精車。
油孔：槍鉆→人工去毛刺→高壓清洗。
前、后端：車→磨。
清洗：清洗2次，鉆油孔后清洗1次，最終清洗1次。
最后對曲軸進(jìn)行綜合檢測。
(2)加工工藝流程
銑兩端面、鉆中心孔→車后端、2～5號(hào)主軸頸→車前端、1號(hào)主軸頸及1～5號(hào)主軸頸沉割槽→外銑1～4號(hào)連桿軸頸及沉割槽→鉆油孔→清洗→主軸頸、連桿軸頸外圓淬火→磁粉探傷→滾壓主軸頸、連桿軸頸圓角→前后端孔系加工→精車止推面→磨主軸頸、連桿軸頸→磨法蘭外圓及端面→磨前端外圓及端面→動(dòng)平衡去重→拋光主軸頸、連桿軸頸及油封外圓→磁粉探傷→清洗一曲軸綜合檢測。
2.2日本豐田型工藝方案
曲軸加工全過程共44道工序，采用各種設(shè)備57臺(tái)(套)，機(jī)械手7臺(tái)。其中，切削加工工序24道；高頻淬火工序1道；清洗工序3道；動(dòng)平衡及修正工序各1道；壓鍵工序1道；加熱壓入齒輪工序1道；質(zhì)量中心孔測定工序1道；油孔貫通檢查工序1道；齒輪檢查工序1道；連桿軸頸檢測工序1道；主軸頸和連桿軸頸檢測刻印工序1道；工件搬送工序7道。
(1)銑前后兩端面，鉆中心孔采用的設(shè)備形式和中國產(chǎn)的設(shè)備差不多，但有所不同的是所鉆中心孔為質(zhì)量中心孔而不是幾何中心孔，且在此工序完成后采用一臺(tái)質(zhì)量中心孔基準(zhǔn)平衡測定機(jī)進(jìn)行曲軸動(dòng)平衡初步檢測。采用雙轉(zhuǎn)塔數(shù)控車床粗、精車前后端外圓。主軸頸上的止推面、主軸頸和連桿軸頸上的圓弧槽的粗加工采用單軸數(shù)控車床。采用斜切式端面外圓磨床精加工前后端外圓及端面。采用止推面磨床精加工止推面。熱處理后采用專用機(jī)床修正質(zhì)量中心孔。
(2)采用內(nèi)切銑床粗加工主軸頸、連桿軸頸，采用車?yán)瓩C(jī)床半精加工主軸頸。采用多砂輪磨床半精磨和精磨主軸頸。采用單砂輪磨床精磨連桿軸頸。采用砂帶拋光機(jī)超精加工主軸頸和連桿軸頸。采用特化(滾壓)專用機(jī)床精加工主軸頸和連桿軸頸上的圓弧槽。
(3)采用單軸數(shù)控機(jī)床加工前、后兩端面上的孔系和軸頸上的直、斜油孔。采用動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行曲軸的動(dòng)平衡試驗(yàn)。
(4)在生產(chǎn)線上配有部分機(jī)械手。
(5)曲軸加工完畢并經(jīng)最終清洗后，配有特化專用機(jī)對主軸頸和連桿軸頸的尺寸進(jìn)行在線檢測和刻印。
(6)采用品質(zhì)跟蹤記錄系統(tǒng)記錄整個(gè)加工過程中的品質(zhì)履歷。
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