曲轴粗加工工艺的演变及其定心模式分析

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1、曲轴粗加工工艺的演变及其定心模式分析作者：朱正德    来源：雅式工业专网作为发动机心脏的曲轴，其采用的加工工艺的演变，很大程度上也是现代先进制造技术发展历程的一种体现；而另一方面，纵观国内外不同年代建成的生产线，通过透视那些有一定知名度的大中型企业规划时所作的工艺选择，往往又能总结出它的发展趋势，从而获得有益的启示。曲轴粗加工工艺的发展和演变曲轴粗加工工序主要包括：在完成了工件毛坯铣两端面和打中心孔後，对主轴颈和连杆轴颈以及法兰和轴头实施的加工，有时还需按某些产品的要求，对平衡块的侧面进行加工。1.发展演变上世纪70、80年代，曲轴粗加工采用的方

2、式经历了由多刀车床车削的传统工艺逐渐过渡到以采用CNC车削、CNC外铣加工为主的工艺发展历程，使工件的加工精度、适应多品种生产的柔性和质量的稳定性都有了明显的改善。上世纪90年代前後开发出的曲轴车拉、车-车拉工艺，更以所具有的加工精度高、工作效率高等一系列优点，被证明特别适合於那些平衡块侧面不需要加工且轴颈有沈割槽（包括轴向沈割槽）的曲轴。由於经这样加工後的工件可以直接进行精磨，从而又省去了精加工阶段的粗磨工序。20世纪90年代中期，又开发出了CNC高速外铣，它对平衡块侧面需要加工的曲轴，较之CNC车削、CNC内铣、车-车拉等工艺，具有更高的生产效

3、率。进入21世纪，复合加工这一新的制造理念已开始进入曲轴的生产过程。一些不久前开发出来的复合机床具有工序集成功能，可以将多种加工的要求集成於一身。如某卧式车铣复合加工中心，就能在工件进入热处理之前“一次装夹，完全加工”，完成所有的曲轴粗加工工序。由以上演变可以看出，曲轴的加工工艺正向着高速、高效、复合化方向发展。目前较为流行的粗加工工艺是主轴颈采用车-车拉工艺和高速外铣，连杆颈采用高速随动外铣，全部采用干式切削。2.新旧工艺的对比图1和图2是典型的新旧两种工艺方案。图1是一条建成於上世纪80年代後期的曲轴生产线工艺流程中的粗加工部分，从图中可见，最

4、终完成主轴颈和连杆轴颈粗加工的是CNC数控车床。但鉴於当时机床的性能水平，为了达到必要的制造精度，之前还需要利用被企业称为“旋风铣”的外铣方式先对工件毛坯的轴颈外圆进行一道加工。图2是一条建成於不久前（2005年左右）的曲轴生产线的三道主要粗加工工序，从图1和图2所示的工艺流程对比中可以看出，采用高效的车-车拉和CNC高速外铣这两道工艺，不仅提高了加工精度和工作效率，更提升了制造过程的工序集成度。图1早期曲轴粗加工工艺流程示意图2近期曲轴粗加工工艺流程示意但在以上叙述的曲轴粗加工工艺的演变过程中，还有一道很值得引起关注的工序，那就是作为之後各道工序

5、基础的加工中心孔，即“定心”工序，本文将就此展开较深入的探讨。几何定心模式成为发展趋势1.几何/质量定心应用介绍曲轴定心工序采用的方法有两种：几何定心和质量定心。前者以工件两端主轴承颈外圆为径向基准，以中间主轴承止推面为轴向基准，形成了位於曲轴的几何轴线上的两端中心孔；後者是先通过两端的浮动支承，对曲轴进行动平衡，再按此找出的质量轴线继而加工出中心孔。几何定心作为一种传统的工艺方法，普遍用於各种轴类零件的加工，是之後各道工序运行的基础。但鉴於曲轴是一种典型的不对称、不规则零件，形状复杂，在毛坯精度不太高的情况下，必然会产生按几何定心法形成的几何轴线

6、偏离客观存在的质量轴线的问题，由此会带来曲轴在进入（终）动平衡工序之前的不平衡量可能过大，终平衡中工件去重过多，甚至会出现无法达到动平衡要求的情况。正是在这样的背景下，出现了借助高效专用设备的质量定心工艺，并从上世纪50年代起在欧美各大主流汽车发动机厂得到了日益广泛的应用。20多年前，国内建立最早、技术水平堪比当时国外水平的现代企业，如东风康明斯、北京吉普、上海大众等，在曲轴生产线上均采用了质量定心方式。2.几何定心逐渐成为主流笔者近期对国内30多家主要汽车发动机厂（含少数柴油机厂）的60余条曲轴生产线进行了调查，期间还与相关工艺规划人员进行了有针

7、对性的探讨。事实表明，无论是新线筹建还是老线更新、改造，在制定曲轴定心工序时，优先选用几何定心方式已成为一种趋势，图3中表示的变化趋势直观地说明了这一点。图3曲轴定心工艺选用比率反映的趋势需要指出的是，20多年来国内汽车行业的快速发展促使生产能力不断增加，表现为在相等时段内新建生产线数量的不断上升。以这次调研所采集的样本为例，从下表1可以明确地看出这种增长的势头。表1不同时段新建线数量所占比例统计表1也进一步证明了几何定心工艺的发展优势，这一点随着新线数量的迅速增加而显得更加清晰。而众所周知，就技术而言，质量定心工艺能获得更好的曲轴动平衡效果，那又

8、是什麽原因使传统的几何定心方法重新又取得主流地位呢？两种工艺模式的技术经济分析1.几何定心模式在国内效益已经显现曲轴毛坯主