曲轴磨床

(完整word版)曲轴制造工艺过程

曲轴制造工艺过程

曲轴是引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。

是发动机上的一个重要的机件,其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主

轴颈，连杆颈，（还有其他）.主轴颈被安装在缸体上,连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与

汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固

定点的润滑．这个一般都是压力润滑的,曲轴中间会有油道和各个轴瓦相通，发动机运转以后靠

机油泵提供压力供油进行润滑、降温。发动机工作过程就是，活塞经过混合压缩气的燃爆，推

动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。曲轴的旋

转是发动机的动力源.也是整个船的源动力。

1。曲轴制造技术/工艺的进展

1、球墨铸铁曲轴毛坯铸造技术

（1)熔炼

高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球墨铸铁的关键。国内主要是以冲天炉为主的生产设

备，铁水未进行预脱硫处理；其次是高纯生铁少、焦炭质量差。目前已采用双联外加预脱硫的

熔炼方法，采用冲天炉熔化铁水,经炉外脱硫,然后在感应电炉中升温并调整成分.目前，在国内铁

水成分的检测已普遍采用真空直读光谱仪来进行。

（2）造型

气流冲击造型工艺明显优于粘土砂型工艺，可获得高精度的曲轴铸件,该工艺制作的砂型具有

无反弹变形量等特点，这对于多拐曲轴尤为重要.目前,国内已有一些曲轴生产厂家从德国、意大

利、西班牙等国引进气流冲击造型工艺，不过，引进整条生产线的只有极少数厂家，如文登天

润曲轴有限公司引进了德国KW铸造生产线。

2、钢曲轴毛坯的锻造技术

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近几年来，国内已引进了一批先进的锻造设备，但由于数量少，加之模具制造技术和其他一

些设施跟不上，使一部分先进设备未发挥应有的作用。从总体上来讲，需改造和更新的陈旧的

普通锻造设备多，同时，落后的工艺和设备仍占据主导地位,先进技术有所应用但还不普遍。

3、机械加工技术

目前国内曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗

加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及拐颈，工序的质量稳定性差，容易产生较大的内应

力，难以达到合理的加工余量。一般精加工采用MQ8260等曲轴磨床粗磨-半精磨—精磨—抛

光，通常靠手工操作，加工质量不稳定.

发动机曲轴制造技术进展最为迅速的是机械加工装备,比较典型的加工工艺是铣削和磨削。下

面简要介绍GF70M—T曲轴磨床和VDF315OM—4高速随动外铣床，其先进程度可见一斑：

GF70M-T曲轴磨床是日本TOYADA工机开发生产的专用曲轴磨床，是为了满足多品种、低

成本、高精度、大批量生产需要而设计的数控曲轴磨床。该磨床应用工件回转和砂轮进给伺服

联动控制技术,可以一次装夹而不改变曲轴回转中心即可完成所有轴颈的磨削，包括随动跟踪磨

削连杆轴颈;采用静压主轴、静压导轨、静压进给丝杠（砂轮头架)和线性光栅闭环控制，使用

TOYADA工机生产的GC50CNC控制系统，磨削轴颈圆度精度可达到0.002mm；采用CBN

砂轮，磨削线速度高达120m/s，配双砂轮头架,磨削效率极高.

VDF315OM—4高速随动外铣床是德国BOEHRINGER公司专为汽车发动机曲轴设计制造

的柔性数控铣床，该设备应用工件回转和铣刀进给伺服连动控制技术，可以一次装夹不改变曲

轴回转中心随动跟踪铣削曲轴的连杆轴颈。VDF315OM—4高速随动外铣采用一体化复合材

料结构床身，工件两端电子同步旋转驱动,具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特点；使

用SIEMENS840DCNC控制系统，设备操作说明书在人机界面上，通过输入零件的基本参数

即可自动生成加工程序,可以加工长度450～700mm、回转直径在380mm以内的各种曲轴，

连杆轴颈直径误差为±0。02mm。

4、热处理和表面强化处理技术

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曲轴的热处理关键技术是表面强化处理。球墨铸铁曲轴一般均采用正火处理，为表面处理做

好组织准备，表面强化处理一般采用感应淬火或氮化工艺.锻钢曲轴则采用轴颈与圆角淬火工艺。

引进的设备有AEG全自动曲轴淬火机床、EMA淬火机床等。

据国外资料介绍，球墨铸铁曲轴采用圆角滚压工艺与离子氮化结合使用进行复合强化，可使

整条曲轴的抗疲劳强度提高130％以上。国内部分厂家近几年也进行了这方面的实践,取得了良

好的效果。

曲轴圆角滚压加工方面，德国赫根塞特（HEGENSCHEIDT-MFDAUTOMATIC）生产的机床

应用了变压力滚压和矫正专利技术,是比较好的圆角滚压设备,但价格昂贵。目前国内在这方面的

研究也有了一定的成果，东风汽车有限公司工艺研究所的“曲轴圆角滚压强化与滚压校直技术

研究开发及应用”解决了国内企业化巨资引进国外技术的问题，该课题获得了原国家机械工业

局科技进步二等奖。

2。曲轴制造技术的发展趋势

1、铸造技术

（1）熔炼

对于高牌号铸铁的熔化，将采用大容量中频炉进行熔炼或变频中频炉熔炼,并采用直读光谱仪

检测铁水成分.球墨铸铁处理采用转包,研制新品种球化剂，采用随流孕育、型内孕育及复合孕育

等先进孕育方法。熔化过程的各参数实现微机控制和屏幕显示。

(2）造型

消失模铸造将得到发展和推广.在砂型铸造中，无箱射压造型和挤压造型将受到重视并继续在

新建厂或改建厂中推广应用。原有的高压造型线将继续使用，其中部分关键元件将得到改进，

实现自动组芯和下芯。

2、锻造技术

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以热模锻压力机、电液锤为主机的自动线是锻造曲轴生产的发展方向,这些生产线将普遍采用

精密剪切下料、辊锻（楔横轧)制坯、中频感应加热、精整液压机精压等先进工艺,同时配有机械

手、输送带、带回转台的换模装置等辅机，形成柔性制造系统（FMS)。通过FMS可自动更换

工件和模具以及自动进行参数调节,在工作过程中不断测量。显示和记录锻件厚度和最大压力等

数据并与定值比较，选择最佳变形量以获得优质产品。由中央控制室监控整个系统，实现无人

化操作.

3、机械加工技术

曲轴粗加工将广泛采用数控车床、数控内铣床、数控车拉床等先进设备对主轴颈、连杆轴颈

进行数控车削、内铣削、车-拉削加工，以有效减少曲轴加工的变形量。曲轴精加工将广泛采用

CNC控制的曲轴磨床对其轴颈进行精磨加工。此种磨床将配备砂轮自动动平衡装置、中心架自

动跟踪装置、自动测量、自动补偿装置、砂轮自动修整、恒线速度等功能要求，以保证磨削质

量的稳定.高精设备依赖进口的现状，估计短期内不会改变.

4、热处理技术和表面强化技术

（1)曲轴中频感应淬火

曲轴中频感应淬火将采用微机监控闭环中频感应加热装置,具有效率高、质量稳定、运行可控

等特点。

（2）曲轴软氮化

对于大批量生产的曲轴来说,为了提高产品质量,今后将采用微机控制的氮基气氛气体软氮化

生产线。氮基气氛气体软氮化生产线由前清洗机（清洗干燥）、预热炉、软氮化炉、冷却油槽、

后清洗机（清洗干燥）、控制系统及制气配气等系统组成.

（3）曲轴表面强化技术

球墨铸铁曲轴圆角滚压强化将广泛应用于曲轴加工中，另外，圆角滚压强化加轴颈表面淬火

等复合强化工艺也将大量应用于曲轴加工中，锻钢曲轴强化方式将会更多地采用轴颈加圆角淬

火处理。

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3.曲轴止推面磨削烧伤工艺分析

在磨削淬火钢曲轴止推面时,可能产生以下3种烧伤:

1.回火烧伤

如果磨削区的温度未超过淬火钢的相变温度，但已超过马氏体的转变温度，止推面表层金属

的回火马氏体组织将转变成硬度较低的回火组织(索氏体或托氏体），这种烧伤称为回火烧伤。

2.淬火烧伤

如果磨削区温度超过了相变温度,再加上冷却液的急冷作用，表层金属发生二次淬火，使表层

金属出现二次淬火马氏体组织，其硬度比原来的回火马氏体的高，在它的下层，因冷却较慢，

出现了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织（索氏体或托氏体），这种烧伤称为淬火烧伤.

3.退火烧伤

如果磨削区温度超过了相变温度,而磨削区域又无冷却液进入，表层金属将产生退火组织,表面

硬度将急剧下降,这种烧伤称为退火烧伤。在曲轴成形磨削中，多属于此种烧伤。

改善磨削烧伤的途径

磨削热是造成磨削烧伤的根源，故改善磨削烧伤有两个途径：一是尽可能地减少磨削热的产

生；二是改善冷却条件，尽量使产生的热量少传入工件。

1。有沉割槽的曲轴止推轴颈

在图1中，曲轴止推轴颈有较深的沉割槽,而沉割槽已在以前工序加工好，在磨削时不用磨削

沉割槽,只需磨削止推轴颈和两个止推面.在这种情况下，即使是使用成形砂轮磨削,只要使用强力

冷却、合理的磨削余量和选择好砂轮参数，一般情况下可以避免磨削烧伤缺陷的出现。在使用

窄砂轮磨削止推轴颈时，可采用的方案是:调整程序和砂轮的角度磨削，使砂轮从轴颈的右侧以

斜切方式进入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出;使砂轮从轴颈的左侧以斜切方式

进入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；使砂轮从轴颈的中间快速切入磨削至要

求尺寸，再快速退出.在上述磨削时，要应用强力冷却.至此，止推轴颈及两侧面磨削完毕.

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2.无沉割槽的曲轴止推轴颈

图2所示曲轴止推轴颈无沉割槽,在磨削时需磨削止推轴颈和两个止推面，另外还有两个成形

圆角。在这种情况下,即使是使用窄砂轮磨削，使用强力冷却，也很难避免磨削烧伤缺陷的出现。

下面分两种磨削方式来分述解决方案：

(1）成形磨削。在成形磨削中，其产生烧伤的主要原因是磨削热的大量积累和冷却液无法进入

而造成的退火烧伤,退火烧伤造成曲轴止推面硬度下降，表层产生退火组织,止推面的耐磨性变

差，严重影响发动机的运行稳定性。根据其造成烧伤的主要因素，我们分别从3个方面入手：

选择合适的砂轮、选择合理的磨削余量和改善冷却条件。

①选择合适的砂轮。淬火钢曲轴止推面硬度高、面积大，砂粒易磨钝.为了避免砂粒磨钝而产

生大量磨削热，砂轮硬度宜选软些，以便磨钝的砂粒及时脱落，保持砂轮的自锐性。组织较软

的砂轮气孔多，其中可以容纳切屑，避免砂轮堵塞，又可将冷却液或空气带入磨削区域，从而

使磨削区域温度降低.

在保证曲轴止推面粗糙度要求的前提下，宜选择较粗粒度的砂轮，以达到较高的去除比率;另

外，砂轮必须精细地平衡，以便砂轮工作时处于良好的平衡状态;砂轮必须及时修整以保持其锋

利；影响砂轮修整频次的因素很多，包括被磨材料的纯度和类型、冷却液的净度等；修整砂轮

的金刚石支座必须牢固，若金刚石表面上有0.5~0.6mm的磨损量，标志金刚石已磨钝了，应

及时更换；严格控制砂轮传动系统及砂轮心轴的间隙；砂轮传动带松紧调整合适。

②选择合理的磨削余量和磨削参数。在生产实践中，常以提高工件速度，减少径向进给量来

减少工件表面烧伤和裂纹.有一种经验为0.1mm磨削法，即在最后加工的0.1mm余量中，逐渐

减少进给量，可以去掉前两次磨削行程中产生的表面损伤层，以减少磨削烧伤.

根据以上理论,我们在生产实践中采用曲轴止推轴颈多工序磨削，分为粗磨、半精磨和静磨等

工序。经过多工序磨削后，曲轴止推轴颈直径余量为0。15～0。25mm,止推面单边余量为0。

04～0.07mm，成形磨削再配以强力冷却等措施，可有效避免烧伤缺陷的产生。值得一提的是，

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选择合理的磨削余量，还可以防止止推面出现喇叭口形状(因防止烧伤，一般选择较软的砂轮，

余量太大，磨粒脱落较块,容易出现锥面）。

③改善冷却条件，实施强力冷却.冷却液必须有效充分，冷却液必须喷到磨削区域;流量一般为

40～45L/min，以实现充分冷却；压力一般为0.8~1.2N/mm2,以冲去粘在砂轮上的切屑；保持

冷却液的纯净,妥善地过滤，以清除冷却液的切屑、磨粒等脏物;冷却液的容器要足够大，以免掺

入过多的气体或泡沫；防止冷却液的温度急剧升高或降低，一般控制冷却系统的容积和工作间

的室温,就足以控制冷却液的温度，然而在特殊储况下应当使用散热器。

(2）窄砂轮磨削（砂轮宽度低于止推轴颈档宽尺寸）。在使用窄砂轮磨削中，成形磨削采用的

防烧伤措施均可应用于此种方法的磨削，只不过窄砂轮磨削在砂轮进给方式上可有更多的选择.

一种是径向切入法磨削，此种磨削如调整不当可造成前文所述的喇叭口形状；另一种是斜切方

式磨削，第一步，使砂轮从轴颈的右侧以斜切方式进入,磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向

斜退出；第二步，使砂轮从轴颈的左侧以斜切方式进入,磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向

斜退出；第三步，使砂轮从轴颈的中间快速切入磨削至要求尺寸，再快速推出。其工序磨削余

量和冷却方式与成形磨削采用一致的参数