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編者按
汽車曲軸主要由球墨鑄鐵和鍛鋼材料等製成，是發動機的主要旋轉件，裝上連桿後，可將活塞的直線往復運動轉變成旋轉運動。目前，我們常見的汽油發動機最高轉數達6000r/min以上，這就對曲軸的加工工藝包括位置度、圓度、各檔曲軸孔中心的直線度及表面粗糙度等提出了更為嚴格的要求，有人說曲軸看著簡單，沒點工匠精神真造不出來，今天來看看曲軸關鍵零部件的製作工藝。
汽車曲軸的工作原理：
曲軸是發動機中最典型、最重要的零件之一，其功用是將活塞連桿傳遞來的氣體壓力轉變為轉矩，作為動力而輸出做功，驅動其他工作機構，並帶動內燃機輔助裝備工作。
汽車曲軸零件加工工藝：
汽車曲軸主要加工部位為曲軸頸、連桿頸、曲柄、大頭和小頭。由於零件迴轉中心和加工面中心不能在同一軸線，因此零件加工較為複雜。目前粗加工零件主要採用CNC車削、CNC內銑和CNC車拉（含車－車拉）三種工藝，後又開發出CNC高速外銑，它對平衡塊側面需加工的曲軸，比上述三種工藝的生產效率還要高。目前國內小型曲軸採用了軸頭車削、銑削、曲軸頸以及連桿頸隨動外銑和內銑的加工方式，引進德國、日本生產線作為主要生產裝置，效率很高，並且質量穩定。
主要工藝介紹
1、曲軸主軸頸及連桿頸外銑加工
在進行曲軸零件加工時，由於圓盤銑刀本身結構的影響，刀刃與工件始終是斷續接觸，有衝擊。因此，機床整個切削系統中控制了間隙環節，降低了加工過程中因運動間隙產生的振動，從而提高了加工精度和刀具的使用壽命。
2、曲軸主軸頸及連桿頸磨削
跟蹤磨削法是以主軸頸中心線為迴轉中心，一次裝夾依次完成曲軸連桿頸的磨削加工（也可用於主軸頸磨削），磨削連桿軸頸的實現方式是透過CNC控制砂輪的進給和工件迴轉運動兩軸聯動，來完成曲軸加工進給。跟蹤磨削法採用一次裝夾、在一臺數控磨床上依次完成曲軸主軸頸和連桿頸的磨削加工，能有效地減少裝置費用，降低加工成本，提高加工精度和生產效率。
3、曲軸主軸頸、連桿頸圓角滾壓機床
應用滾壓機床是為了提高曲軸的疲勞強度。據統計資料表明，球墨鑄鐵曲軸經圓角滾壓後的曲軸壽命可提高120％～230％；鍛鋼曲軸經圓角滾壓後壽命可提高70％～130％。滾壓的旋轉動力來源於曲軸的旋轉，帶動滾壓頭中的滾輪轉動，而滾輪的壓力是由油缸實施的。
曲軸的疲勞破壞最常見的是金屬疲勞破壞，即彎曲疲勞破壞和扭轉疲勞破壞，前者的發生機率大於後者。彎曲疲勞裂紋首先產生在連桿軸頸（曲柄銷）或主軸頸圓角處，然後向曲柄臂發展。扭轉疲勞裂紋產生於加工不良的油孔或圓角處，然後向軸線方向發展。金屬疲勞破壞是由於隨時間週期性變化的變應力作用的結果。曲軸破壞的統計分析表明，80%左右是彎曲疲勞產生的。
具體案例介紹
山特維克可樂滿擁有豐富而全面的曲軸加工產品，為世界各地的主要原始裝置製造商和機床製造商提供解決方案已有40多年的歷史。他們能提供大量不同的非標產品解決方案，請參見下面的一些示例：
內銑：M641 (立裝刀片) 和M642 (平裝刀片) 曲軸盤銑刀
這種穩定的系統不僅具有良好的加工安全性，而且能夠確保無可匹敵的高經濟性。山特維克可樂滿不同的刀具涵蓋了從輕量化刀具到用於加工船舶柴油機曲軸的大型刀具的整個範圍。
客戶獲益
●高穩定性和高生產率
●銑刀中的刀片數量更少，因此，硬質合金成本低
●快速換刀和低刀具重量
M641/M642內銑刀 (I.D) 的特性
●直徑範圍170-420mm （6。693-16。535英寸）
●寬度範圍15-100mm （0。590-3。94英寸）
●小於15kg（33磅） 的輕量化刀具解決方案
●整體銑刀或刀塊式銑刀解決方案
●各種刀塊
●適合不同機床製造商的各種介面
●同時加工多個軸頸
●雙排銑刀
●刀片背面由採用全新設計的刀座保護
外銑：M631 (立裝刀片) 和M632 (平裝刀片) 曲軸盤銑刀
外銑是一種靈活的高生產率方法，主要用於小型到中型汽車曲軸的大批次加工。大銑刀盤具有大量的有效齒，其設計可確保出色的排屑效能、高切削速度和加工安全性。
影片資料，建議WiFi觀看
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▲曲軸外銑加工
M631 （立裝） 和M632 （平裝） 這兩項創新解決方案大幅降低了換刀要求，因為僅需更換重量輕於7kg的部分。因此不再需要在機床前面準備一臺吊車。
為CoroMill 745 （面銑）開發的設計帶來了在銑刀上定位刀片的新方法。這賦予M632 （平裝刀片）比傳統立裝銑刀更大的容屑空間或更多的有效齒數。
客戶獲益
●靈活的概念
●輕快切削，更小的切削力
●良好的排屑效能
●高切削速度
M631/M632外銑刀 (O.D) 的特性
●直徑可達1，500mm （59英寸）
●刀具解決方案寬度範圍15-60 mm （0。590-2。36英寸）
●小於15 kg（33磅） 的輕量化解決方案
●整體盤銑刀或帶刀塊式銑刀解決方案
●各種刀塊
●適合不同機床製造商的各種介面
●可調精加工刀具
●雙排銑刀
客戶案例
山特維克可樂滿與國內領先汽車企業合作，為其訂購的5條新的曲軸生產線提供完整的刀具和工程解決方案。
該專案的主要挑戰不僅是時間很緊，而且包括大量不同的製造方法和工序。除了法蘭端、小頭端和主軸頸車-車拉等普通應用之外，客戶還需要連桿頸外銑、特定攻絲工序和深孔鑽削非標刀具。該專案的最後期限也非常嚴格。山特維克可樂滿為客戶提供完整解決方案和刀具並實現從接收訂單到首次交付只有7周的時間。
首先介紹國內某汽車廠具有代表性的卡車曲軸生產工藝（六缸柴油發動機），工藝路線如下圖所示。
工藝路線
質量中心孔外委加工：
——OP10車後端面法蘭面及第七主軸頸（機床CK6154/1500））；
——OP20車前端面及第一主軸頸面及割槽（機床CK6154/1500）；
——OP30打標（打標機）；
——OP40內銑主軸頸、連桿頸（粗加工、機床RFK200/1250）；
——OP50內銑曲軸頸、連桿頸（精加工、機床RFK200/1250/2；
——OP60鑽直油孔、斜油孔及孔口倒角（油孔鑽削加工中心BW250-2）——OP70修磨油孔口去毛刺；
——OP90感應淬火（裝置AKWH-F淬火機）深度4mm；
——OP95熱校直（回火爐）；
——OP97線切割；
——OP100回火；
——OP110修兩端中心孔及兩端孔加工（裝置V500-1200加工中心）——OP115中間檢驗；
——OP120粗磨1、3、4、5、7主軸頸和精明油封軸頸；
——OP130精磨1～6擋連桿頸；
——OP140磨2～6擋主軸頸；
——OP150精磨止推擋軸頸和第一主軸頸；
——OP160精磨小頭法蘭面外園；
——OP170精磨大頭法蘭面外園；
——OP180熒光磁探傷；
——OP190修磨油孔口毛刺去尖角；
——OP200動平衡；
——OP220拋光所有主軸頸連桿頸及外園；
——OP240終檢。
根據以上工藝過程看出：通常我們見到的小型車曲軸加工工藝和大型卡車曲軸加工工藝有很大的區別，並且在完全冷加工過程中的刀具主要消耗上有所區別，大致可以分為三部分，即車削刀片、內銑刀片和整體硬質合金孔加工刀具。刀具消耗量主要在OP10、OP20、OP40、OP50及OP60工序加工中涉及到的數控刀具的消耗上。內銑工藝在刀具消耗上同樣具有消耗量大的特點。
下面就以上三個部分對刀具品種以及刀具使用特點進行概述：
1.車削刀片
根據客戶生產線的特點，在車削部分，大部分都為標準刀片，基本為C型、D型、V型刀片和6mm寬的切槽刀，其中在粗精加工方面再進行細分。使用的機床為CK6145CNC，柔性較高。由於零件較大，車削加工線速度一般較低，基本控制在150m/min以下，此工序由於切削速度較低，體現刀具效能的主要方面為刀具的斷屑效能，因此槽型的選擇在該工序為主要選擇重點。目前使用者採用了株洲鑽石切削刀具股份有限公司（以下簡稱“株硬刀具”）的黑金剛刀片牌號和-PM斷屑槽型，-PM槽型在低速加工時斷屑情況較好，在產品價效比上佔有很大優勢。
2.內銑刀片
內銑工序主要為內銑連桿頸、曲軸頸、配重塊外園及側面加工。在進行該工序時，刀片全部參與切削，德國HELLER機床公司開發的數控曲軸內銑機床，效率較高，切削速度在300m/min以上，刀具磨損比較快，對刀片的要求主要體現在刀片的一致性要好，安裝精度要達到要求。粗精銑刀片的端跳都要控制在0。02mm以內，要求刀片的磨損一致，全盤刀片要求統一更換，實現刀片的合理消耗。目前使用的內銑刀片還是以進口刀片為主，其中共計有5款刀片，全部屬於非標產品，控制主軸頸、連桿軸頸直徑誤差為±0。07mm，軸頸寬度誤差為±0。05mm，圓度誤差為0。08mm，圓柱度誤差為0。08mm，軸向尺寸誤差為±0。10mm，連桿軸頸分度誤差為0。10mm，表面粗糙度為Ra12。5 m，曲軸內銑刀盤具有斷屑效能好加工效率高的特點。
目前株硬刀具已經開發了該系列刀片併成功替換了原用進口刀片，在不影響生產效率的前提下為客戶降低了製造成本。曲軸內銑刀盤如下圖所示。
曲軸內銑刀盤（一組7個）
3.孔加工刀具
曲軸小頭和法蘭頭的螺紋底孔以及螺紋加工採用了專機一次加工完成，鑽削中心機床左右各有主軸進行雙主軸加工，加工效率較高，在刀具選擇上各有千秋，在加工42CrMoA材料上對刀具的要求主要是斷屑和加工效能的穩定，進口刀具略顯優勢。主要問題為鑽頭加工過程中的斷屑和崩刃問題，很多刀具廠家在該工序試用都出現此問題，究其原因主要是客戶加工材料的不穩定而造成，國產料和進口料有很大的區別，在加工上也有很大的差別。曲軸端面孔加工機床刀具庫如下圖所示。
曲軸端面孔加工機床刀具庫
株硬刀具整體硬質合金鑽頭在客戶試用的效果和進口品牌刀具不相上下，有很好的斷屑和切削效能。
曲軸加工在汽車行業有舉足輕重的地位，儘管曲軸加工工藝複雜但其材料並不複雜，尤其是卡車曲軸還只有鍛鋼材料。只要根據客戶的加工要求合理地選擇標準車削刀具，並能夠有針對性地開發曲軸銑削刀具系列以及非標整體硬質合金孔加工刀具，就能夠在曲軸加工中有很好的發揮。目前鑽石品牌刀具在同行業中有著很好的聲譽，隨著客戶對降低成本的要求日益提高，株硬刀具將努力為客戶提供越來越多的刀具國產化最佳化解決方案。
曲軸端面螺釘鎖緊孔加工應用案例
株硬刀具為浙江某發動機生產廠加工曲軸端面螺釘鎖緊孔（如下圖所示），共9個，使用大連億達專機，冷卻方式為內冷，該廠原用刀具為國外某公司鑽頭。
曲軸端面螺釘鎖緊孔
株硬刀具：
定心鑽：F114-P-Φ16mm×37mm×Φ16mm×113mm。
內冷麻花鑽：F110-PC-Φ13。3mm×65mm×Φ14mm×135mm。
內冷麻花鑽：F110-PC-Φ15mm×55mm×Φ16mm×116mm。
切削引數：
φ16mm定心鑽：fz＝0。105mm，Vc＝95m/min。
φ15mm內冷鑽：fz＝0。105mm，Vc＝89。5m/min，鑽深12mm。
φ13。3mm內冷鑽：fz＝0。10mm，Vc＝67m/min（加工42CrMo）；fz＝0。12mm，Vc＝79m/min（加工45#），鑽深31mm。
株硬刀具與該廠原來使用的進口品牌的壽命對比後，該廠使用後認為株硬刀具在此次試刀的三款鑽頭加工效率、壽命與進口品牌基本相當，而價效比優於進口品牌，可進一步試用。
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