易丽群

摘 要：为确保发动机运行的安全性，提出加强曲轴加工工艺设计的建议。文章以某轻型发动机的曲轴为实例进行分析，从粗加工、精加工等负面解析了曲轴加工的先进工艺技术、装置与器具等，并探讨了相关强化工艺方法。以期不断提升曲轴的强度、刚度与精确度，进而延长发动机设备的使用年限并提升其运作的可靠性。

关键词：发动机;曲轴;加工工艺;强化工艺

中图分类号：TH162 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）02-0068-02

曲轴为活塞式发动机内最关键的一类零件，其在发动机设备运行期间承受最大负荷。曲轴在正常运作状态下，会同步承受交变扭矩与弯矩载荷的作用，这对其质量提出相对较高要求。曲轴加工工艺一方面影响整个机械设备规格大小与自重，另一方面也与发动机设备运行安稳性与寿命存在相关性[1]。故此，积极优化曲轴加工方法，提升其精确度具有很大现实意义。

1 曲轴加工工艺的特征分析

此型发动机应用的曲轴属于小型曲轴，曲轴的加工故此通常应用中心孔定位方式，其具有装夹过程简便、降低找正时间、维护匹处连杆轴颈方位精确度等诸多优势。曲轴的加工方法比较复杂，其对轴颈中的配合尺寸和形位公差要求很高，一般采用六级精度以上，作为一种柔性细长轴件，其加工工艺的重点和难点之处在于曲轴的主轴颈及连杆颈等部位的加工上，加工过程中主要有四大部分，分别是粗加工、热处理强化、磨削及超精加工。

（1）基本加工工艺。制作毛坯（锻件）→打中心孔（孔位多在几何中心或质量中心）→车两端夹位→内铣全部连杆颈及主轴颈→钻油孔→中频淬火→回火→重修中心孔→精磨主轴及连杆（Landis）→钻两端孔（螺纹及销孔）→精磨前端→精磨后端→动平衡→探伤→轴颈抛光→清洗→上油包装。

（2）确定工艺基准。在加工过程设计基准与加工基准两者之间的统一，根据曲轴的设计要求，我们确定了曲轴的轴颈外圆以中心孔为基准，轴向长度以5主为基准，连杆颈平面角的角向以第1连杆颈为基准，对基准进行选择确认后，后续所有工序的加工，均需要做到基準的统一，尤其是对精加工工序的基准统一要求更为严格。而且在加工工序中，粗加工及半精加工的基准选择的是两端的中心孔，而精加工选择两端中心孔外还要使用第一连杆颈进行角度确认。

（3）曲轴刚性相对较低，遵照“先粗后精”规则布设加工工序，以确保零件精确度不断提升。针对主轴颈和连杆轴颈的加工次序，可做出如下概述：加工4个连杆轴颈→加工主轴颈与其他部位的外圆。”遵照以上加工次序，有助于在初始阶段提升工件刚度，规避在应力作用下零件形态发生的改变，促进曲轴加工精度的提升进程。

2 发动机曲轴的加工工艺

该轻型发动机曲轴选用非调质钢48MnV，曲轴平面示意图见图1。

2.1 轴颈粗加工

（1）轴颈粗加工时，主轴颈加工以车削方式为主，并且需要在精车数控车床上进行。在对主轴颈进行车削的过程中，针对精车主轴颈1、5与两侧轴颈结构的加工，需要先对5主轴颈轴颈进行加工，然后才能对其他部位定位。在安装曲轴时，一端用卡盘夹紧另一端用顶尖顶住，主轴颈车削时需要采用硬质涂层合金刀具。但由于是从毛坯开始加工，轴颈的切削量较大，且每一部分的余量不相同，加之旋转过程中的不平衡会产生较强的冲击力，要求设备具有较高的刚性。可在加工时将中心孔和5主止推端面设为粗基准，先对主轴颈5进而加工，其继而将主轴颈5前端面设为基准，对大/小头端轴颈与1主轴颈进行加工。

（2）内铣主轴颈2、3、4与所有连杆轴颈的加工，选用国产铣床设备，铣床应用特制的摇臂式铣头，铣头一侧用大口径轴承做支撑，另一侧应用丝杠螺母驱动而运转的摇臂方法。机床内铣原理可做出如下概述：加工期间曲轴保持静止，在一个竖直方向螺母的驱动下动力头得以运作，环绕回转中心做反复摆动与移动，应用CNC对以上两种运动模式做出管控，最终促使刀盘中心紧扣主轴颈中心进行公转，实现切削。

2.2 油孔加工

本次研究中，决定选用麻花钻机床进行加工作业，其油孔内壁粗糙度与枪钻机床想比较高，其会在油孔衔接处存有规模相对较大的翻边毛刺，剔除难度相对较大，故此决定增设毛刺工序与处理以上问题，刀具寿命较长，柔韧性能优良。

油孔加工工艺流程：先对直油孔实施钻削加工处理，继而加工直油孔设施，并实现小平面的有效铣削，在此基础上落实斜油孔加工作业，最后对油孔口予以倒角处理。本次研究中，针对油孔加工作业选择MQL微润滑联合内冷钻头钻的工艺技术，以方法能降低润滑液用量（通常为0.03～0.2L/h），其极限压力约为10MPa，对孔深过程造成一定限制。内冷钻头由柄部至切削刃均有通孔覆盖，具备压缩空气、油或切削液经由通孔等多种功能，多被应用在深孔或油孔加工领域[3]。在对直油孔加工过程中应用MQL技术内冷麻花钻床，该类工艺技术具有润滑性优良、转速精确等特征。

2.3 中心孔和两端孔加工

中心孔可以视为曲轴径向定位的有效参照指标。运用质量中心孔定位法进行加工作业，有助于优化动平衡的质量，提升设备结构产品的合格率、而上述目标的实现绝非是一蹴而就的，需减缩去重工序的加工时间，实现对曲轴内部质量的有效代偿。曲轴工艺分析期间要完善孔系加工，以往的孔系加工工序相对较长，并需要有大量的设备设施去辅助，多布设在精磨轴颈以后进行，数次拆卸与加工后可能导致轴颈表层结构损伤，造成产品整体质量降低。轻型车发动机曲轴两侧孔加工以左侧前端1个螺纹孔为主，建议应用两端孔专机，钻、铰、攻丝，构建在相同台专机上加工作业的模式，以免加工期间出现数次定位的现象;建议加工工序在磨削之前，以防对轴颈造成磕碰伤。

2.4 主轴颈、连杆轴颈精加工

从性质上分析，曲轴属于最具代表性的细长柔性杆，在外力作用下形体会发生改变，出现弯曲，形成“让刀”现象，车削环节会形成鼓形、振动、波纹等问题，其均会对成品整体质量产生负面影响;热处理变形产生的影响可能还会导致大批量磨削加工初期产生曲轴跳动现象，并要将中间轴颈的偏差控制在0.35mm上下，为实现有效规避，建议运用中心架，其还能促使磨削获得更大的切深抗力。中心架发挥辅助性支撑作用，在具体加工作业期间中心架和工件了两者不会产生轴向移动。

选用Landis数控磨床（英国兰迪斯）对成品实现有效加工，该设备是双砂轮，一次装备装完全部主轴及连杆的加工，设备具有自动调整其动平衡、其中心架能自动跟踪、能自动测量、自动补偿、砂轮自动修整、自动调整恒线速度等功能要求，来满足曲轴的高精度要求。其有助于提高产品加工质量，完善加工工艺程序。引进进口磨床对曲轴进行磨削加工，包括粗磨、半精磨、精磨与光磨等流程。对连杆轴颈磨削应用随动磨削法，在以上过程中将连杆轴颈中心线设为回转中心，在很大程度上其能有效维护连杆轴颈加工质量。用CBN砂轮对连杆实施高速追踪式磨削，因为在单位时间中作用的磨粒数目有所增长，与普通磨削相比较有30.0～100.0%的增幅，生产效率明显提升，运行年限相应延长，磨削力与工件在应力、重力等作用下形体不会产生明显改变，加工精确度明显提升[4]。

2.5 轴颈超精加工

曲轴表面的粗糙度质量对发动机性能影响非常大，该曲轴粗糙要求极高，为提高表面粗糙度，抛光轴瓦采用硬支撑结构，砂带采用聚脂基砂带对曲轴轴颈表面、圆角以及止推面进行抛光，表面粗糙度可到达Ra0.1;此种曲轴抛光方式后不仅能达表面粗糙度要求，并且可改善轴颈圆度，从而改善曲轴在发动机中的运转性能和缩短发动机的磨合期。

3 发动机曲轴的强化工艺

在交变应力作用下，曲轴轴颈面变化转接圆角位置出现应力疲劳与应变破坏的风险率相对较高。当下，多应用喷丸强化和圆角滚压强化，去调整曲轴抗疲劳能力。

（1）喷丸强化：该工艺是采用导入一个预压应力去抵除零件在后续作业中所承受的拉力、应力，进而增强工件抗疲劳性能，拓展使用年限。在应用喷丸强化工艺期间，有两个参数应得到重视：应力强度与覆盖率。

（2）圆角+轴颈淬火强化：圆角与轴颈同时感应淬火，曲轴的圆角及轴颈放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，在感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场，在工件表面形成涡流。这种涡流在工件的电阻的作用下，电能转化为热能，使工件表面温度达到淬火加热温度，实现表面淬火。通过轴颈及圆角组织转变硬化，而使曲轴强度提高。其特点是：不仅表面硬度提升、曲轴耐磨性提高，也能提高曲轴疲劳強度。

4 结语

文章对轻型车发动机曲轴的加工工艺特征、定位基准选择形式与工艺流程，轴颈粗加工、油孔加工、中心孔和两端孔加工等主要工艺设计、装置与器械选择等做出探究，希望能对有关曲轴加工工艺方案的设置提供一定参照。

参考文献

[1] 焉尧宇.基于DataMan302X读码器的发动机曲轴全面跟踪[J].智慧工厂，2018（07）：27-28.

[2] 胡明茂，赵锎，章弘毅，刘雷.轻型发动机曲轴加工工艺分析[J].湖北汽车工业学院学报，2018，32（02）：68-71.

[3] 隋全武，郝秀清，田爱军，崔炜.双缸小型发动机曲轴的多体动力学分析[J].内燃机与配件，2018（11）：55-58.

[4] 武书.发动机缸体曲轴孔铰珩加工设备及加工工艺分析[J].装备制造技术，2017（10）：69-71+83.