曲轴的加工工艺、设计步骤和流程
它是发动机的重要部件，其材料由碳素结构钢或球墨铸铁制成。它有两个重要部分:主轴颈、连杆轴颈和其他部分。主轴颈安装在气缸上，连杆轴颈与连杆大端孔连接，连杆小端孔与气缸活塞连接，是典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指摇臂与两个固定点之间的轴瓦的润滑。这通常是压力润滑，在曲轴中间有油道与每个轴承衬套相通。发动机运转后，机油泵将为润滑和冷却提供压力油。发动机的工作过程是混合压缩气体的燃烧和爆炸带动活塞做直线运动，通过连杆将力传递给曲轴，由曲轴将直线运动转化为旋转运动。曲轴的转动是发动机的动力源。也是全船的源动力。
曲轴制造技术/工艺的发展
1球墨铸铁曲轴毛坯的铸造工艺
(1)冶炼
获得纯净的高温低硫铁水是生产高质量球墨铸铁的关键。在中国，冲天炉是主要的生产设备，铁水没有经过预脱硫；其次是高纯度生铁少，焦炭质量差。目前已采用双炉外预脱硫的熔融法。铁水用冲天炉熔化，在炉外脱硫，然后在感应炉中加热并调整其成分。目前，真空直读光谱仪已广泛应用于我国铁水成分检测。
(2)建模
空气冲击造型工艺明显优于粘土砂型工艺，可获得高精度曲轴铸件。用此工艺制作的砂型具有不回弹变形的特点，这对于多拐曲轴尤为重要。目前，我国一些曲轴生产企业从德国、意大利、西班牙等国引进了空气冲击成型技术。但只有少数厂家引进了整条生产线，如文登天润曲轴有限公司引进了德国KW铸造生产线。
2.钢质曲轴毛坯锻造工艺。
近年来，我国引进了一批先进的锻造设备，但由于数量少，模具制造技术等设施跟不上，一些先进设备没有发挥应有的作用。总的来说，有许多旧的普通锻造设备需要改造和更新。与此同时，落后的技术和设备仍然占主导地位，先进技术得到应用但不普遍。
3、机械加工技术
目前国内曲轴生产线大多由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度都比较低。粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈和曲柄轴颈，质量稳定性差，容易产生较大内应力，难以达到合理的加工余量。精加工一般采用MQ8260曲轴磨床进行粗磨-半精磨-精磨-抛光，通常采用手工操作，加工质量不稳定。
随着贸易全球化的到来，制造商已经意识到形势的严峻性，纷纷进行技术改造以增强企业的竞争力。近几年引进了很多先进的设备和技术，进步很快。就目前情况来看，这些设备和技术基本依赖进口。下面介绍哈尔滨东安动力、一汽大柴、文登天润曲轴、滨州海德曲轴。
哈尔滨东安集团曲轴生产线为全自动柔性流水线，粗加工生产线由德国专机自动线(林登迈尔)、数控车床-车床、数控高速外铣(勃林格)、圆角滚压机(黑根施泰特-MFD)、推力面车床-车床、淬火机床(EMA)组成。精加工生产线由日本数控高速CBN磨床(TOYODA)、动平衡机、抛光机(IMPCO-NACHI)、检测仪、清洗机等组成。连杆轴颈加工采用数控高速随动加工技术，全线采用高速CBN砂轮磨削技术，磨削线速度达到120 m/s..
文登天润曲轴通过引进德国、美国、意大利等发达国家的先进设备，建立了具有国际先进水平的大型曲轴生产基地。由CBN磨床、哈斯立式卧式加工中心、意大利SAIMP磨床、德国海勒曲轴内铣床、萨-FINA抛光机组成的机加工生产线已开始批量生产。
一汽大柴曲轴生产线的粗加工和精加工工序位于不同的车间，保证了精加工车间的洁净度。粗加工包括曲轴质量定心机、数控内铣床等设备，精加工设备由英国LANDIS、日本TOYADA数控曲轴磨床等进口先进设备组成。
滨州海德曲轴经过技术改造，建立了数控曲轴加工生产线。粗加工设备由数控车床、数控曲轴铣床等设备组成。精整设备包括数控磨床、数控砂带抛光机、滚轮抛光机和其他设备。近期拟采购日本TOYADA machine数控磨床等关键设备，检测设备由美国ADCOLE曲轴三坐标测量机(见图3)和粗糙度仪组成。值得一提的是，海德曲轴公司在全国专业曲轴生产厂家中率先应用了球墨铸铁曲轴圆角滚压和滚压抛光新技术，取得了良好的经济效益和社会效益。
辽宁宏发曲轴生产线经过技术改造，主要由三台数控车床(进口VT36、CAK6163、CAK6150)和两台数控内铣(S1-305B)组成。七台数控曲轴磨床(1进口CBN砂轮3L1、2 H197B、4 H229B)和荧光磁粉探伤仪等精加工设备；应力消除采用8台竖炉，渗氮采用7台离子渗氮炉，淬火热处理采用法国进口的EFD公司生产的CIHM12自动淬火机床和推杆回火炉。同时，美国进口的曲轴综合测量仪可以对曲轴进行全方位检测，产品质量得到可靠保证，同时具备三条生产线同时加工的生产能力。
可以看出，发动机曲轴制造技术进步最快的是机加工设备，典型的机加工工艺是铣和磨。下面简单介绍GF70M-T曲轴磨床和VDF 315 OM-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机床公司开发生产的专用曲轴磨床。它是为满足多品种、低成本、高精度和大批量生产的需要而设计的数控曲轴磨床。磨床应用工件旋转和砂轮进给的伺服联动控制技术，在不改变曲轴旋转中心的情况下，一次装夹即可完成所有轴颈的磨削，包括连杆轴颈的随动跟踪磨削；采用静压主轴、静压导轨、静压进给丝杠(砂轮主轴箱)和直线光栅闭环控制，采用日本东洋机床生产的GC50数控系统，磨削轴颈圆度精度可达0.002mm；使用CBN砂轮，磨削线速度高达120m/s，双砂轮主轴箱磨削效率极高。
VDF 315 OM-4高速外随动铣床是德国勃林格公司专门为汽车发动机曲轴设计制造的柔性数控铣床。该设备应用工件旋转和铣刀进给的伺服联动控制技术，可以在不改变曲轴旋转中心的情况下一次跟踪铣削曲轴连杆轴颈。VDF 315 OM-4高速随动外铣采用一体化复合结构床身，工件两端由电子同步旋转驱动，具有干切削、加工精度高、切削效率高的特点。采用西门子840D数控系统，在人机界面上输入零件的基本参数即可自动生成设备操作指令，可加工长度为450 ~ 700 mm、回转直径小于380mm的各种曲轴，连杆轴颈直径误差为0.02 mm..
4、热处理和表面强化处理技术
曲轴热处理的关键技术是表面强化处理。一般对球墨铸铁曲轴进行正火处理，为表面处理做准备，表面强化处理一般采用感应淬火或渗氮工艺。锻钢曲轴采用轴颈和圆角淬火工艺。进口设备有AEG自动曲轴淬火机床和EMA淬火机床。
根据国外资料，圆角滚压技术与离子渗氮相结合，可使球墨铸铁曲轴的疲劳强度提高130%以上。国内一些厂商近年来也进行了这种做法，取得了不错的效果。
在曲轴圆角滚压方面，德国HEGENSCHEIDT-MFD自动化生产的机床应用了变压滚压校直专利技术，是很好的圆角滚压设备，但价格昂贵。目前，国内在这方面的研究也取得了一定的成果。东风汽车有限公司技术研究所的“曲轴圆角滚压强化及滚压校直技术的研究、开发与应用”解决了国内企业斥巨资引进国外技术的难题，该课题获得原国家机械工业局科技进步二等奖。
曲轴制造技术的发展趋势
1，铸造技术
(1)冶炼
对于高等级铸铁的熔炼，采用大容量中频炉或变频中频炉熔炼，用直读光谱仪检测铁水成分。球墨铸铁处理分包，开发球化剂新品种，采用随流孕育、型内孕育、复合孕育等先进孕育方法。熔化过程的参数由微机控制并显示在屏幕上。
(2)建模
消失模铸造将得到发展和推广。在砂型铸造中，无箱注射成型和挤压成型将受到重视，并将在新建或改建的工厂中继续推广应用。将继续使用原有的高压造型线，并对部分关键部件进行改进，实现自动装芯和下芯。
2.锻造技术
以热模锻压机和电液锤为主机的自动化生产线是锻造曲轴生产的发展方向。这些生产线一般会采用精密剪切下料、辊锻(楔横轧)制坯、中频感应加热、精整液压机精压等先进技术，同时配备机械手、传送带、带回转盘的换模装置等辅助机器，形成柔性制造系统(FMS)。通过FMS，可以自动更换工件和模具，自动调整参数，并在工作过程中连续进行测量。显示和记录锻造厚度和最大压力的数据，并与定值进行比较，选择最佳变形量，获得优质产品。整个系统由中央控制室监控，实现无人操作。
3、机械加工技术
数控车床、数控内铣床、数控车拉床等先进设备将广泛用于主轴颈和连杆轴颈的数控车削、内铣和车拉加工，以有效减少曲轴加工变形。数控曲轴磨床将广泛应用于曲轴轴颈的精加工。本磨床将配备自动砂轮动平衡装置、中心架自动跟踪装置、自动测量和补偿装置、自动修整砂轮、恒定线速度等功能要求，以保证磨削质量的稳定性。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的闭环中频感应加热装置，具有效率高、质量稳定、操作可控的特点。
(2)曲轴的软氮化
对于批量生产的曲轴，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预清洗机(清洗和干燥)、预热炉、软氮化炉、冷却油箱、后清洗机(清洗和干燥)、控制系统和造气及配气系统组成。
(3)曲轴表面强化技术
球墨铸铁曲轴圆角滚压强化将在曲轴加工中得到广泛应用。此外，圆角滚压强化和轴颈表面淬火等复合强化工艺也将广泛应用于曲轴加工，锻钢曲轴将采用轴颈和圆角淬火强化。
曲轴止推面磨削烧伤的工艺分析
磨削淬硬钢曲轴的止推面时，可能会出现以下三种烧伤:
1.回火烧伤
如果磨削区的温度没有超过淬火钢的转变温度，但超过了马氏体的转变温度，推力面表面金属的回火马氏体组织就会转变为硬度较低的回火组织(索氏体或贝氏体)，这种现象称为回火烧伤。
2.熄灭烧伤
如果磨削区的温度超过相变温度，再加上冷却液的快速冷却作用，表面金属发生二次淬火，在表面金属上产生二次淬火马氏体组织，其硬度高于原始回火马氏体。在其下层因冷却缓慢而出现硬度低于原始回火马氏体的回火组织(索氏体或鱼雷体)，称为淬火烧伤。
3.退火烧伤
如果磨削区温度超过相变温度，且没有冷却液进入磨削区，表面金属会产生退火组织，表面硬度急剧下降。这种烧伤叫做退火烧伤。在曲轴成形磨削中，大部分属于这种烧伤。
改善磨削烧伤的途径
磨削热是磨削烧伤的根本原因，所以改善磨削烧伤有两个途径:一是尽可能减少磨削热的产生；二是改善冷却条件，使产生的热量更少地传递到工件上。
1.带有底切槽的曲轴止推轴颈
在图1中，曲轴推力轴颈有一个很深的根切槽，根切槽在前道工序已经加工好了，所以不需要磨削根切槽，只需要磨削推力轴颈和两个推力面即可。在这种情况下，即使使用成型砂轮进行磨削，只要采用强冷却、合理的磨削余量和良好的砂轮参数，一般也能避免磨削烧伤缺陷。用窄砂轮磨削推力轴颈时，可采用以下方案:调整砂轮的程序和角度磨削，使砂轮从轴颈右侧斜向进入，磨削到所需尺寸，然后沿原角度方向快速斜向退出；砂轮从轴颈左侧斜向进入，磨削至所需尺寸，然后沿原角度方向斜向快速退出；使砂轮快速切入轴颈中间并磨削至所需尺寸，然后快速退出。在上述研磨过程中，应进行强冷却。此时，推力轴颈和两个侧面已被研磨。
2.无根切槽的曲轴止推轴颈
如图2所示，曲轴推力轴颈没有根切槽，磨削时需要磨削推力轴颈、两个推力面和两个成型圆角。在这种情况下，即使采用窄砂轮和强冷却，也很难避免磨削烧伤缺陷。以下两种研磨方法用于描述解决方案:
(1)成形磨削。在成形磨削中，烧伤的主要原因是磨削热积累和冷却液无法进入而引起的退火烧伤。退火烧伤降低了曲轴推力面的硬度，在表面产生退火组织，恶化了推力面的耐磨性，严重影响了发动机的运行稳定性。根据造成烧伤的主要因素，从选择合适的砂轮、选择合理的磨削余量和改善冷却条件三个方面入手。
①选择合适的砂轮。淬火钢曲轴的止推面硬度高，面积大，沙粒容易变钝。为了避免磨砂产生大量磨削热，砂轮的硬度要软，这样磨砂才能及时脱落，保持砂轮的自锐性。软结构的砂轮上有许多气孔，可以容纳切屑，避免砂轮堵塞，还可以将冷却液或空气带入磨削区，从而降低磨削区的温度。
在保证曲轴推力面粗糙度的前提下，宜选择粗粒度的砂轮，以达到较高的去除率；另外，砂轮必须精细平衡，使砂轮在工作时处于良好的平衡状态；砂轮必须及时修整，保持锋利；影响砂轮修整频率的因素很多，包括被磨材料的纯度和种类，冷却液的清洁度等。修整砂轮的金刚石支撑必须牢固。如果钻石表面有0.5 ~ 0.6毫米的磨损，说明钻石已经变钝，应及时更换。严格控制砂轮传动系统与砂轮主轴之间的间隙；砂轮驱动带的张紧度得到适当调整。
②选择合理的磨削余量和磨削参数。在生产实践中，常常通过提高工件速度和减少径向进给来减少工件表面烧伤和裂纹。有一种经验为0.1mm的磨削方法，即在0.1mm的最终加工余量中，逐渐降低进给量，可以去除前两个磨削行程产生的表面损伤层，减少磨削烧伤。
根据上述理论，我们在生产实践中采用曲轴推力轴颈的多工序磨削，分为粗磨、半精磨和静磨。多工序磨削后，曲轴推力轴颈直径余量为0.15 ~ 0.25mm，推力面单边余量为0.04~0.07mm成形磨削结合强冷却可有效避免烧伤缺陷的发生。值得一提的是，选择合理的磨削余量还可以防止推力面出现喇叭口形状(为防止烫伤，一般选择较软的砂轮，余量过大，磨粒成片脱落，容易出现锥面)。
(3)改善冷却条件，实施强冷。冷却液必须有效、充足，冷却液必须喷到磨削区；流量一般为40 ~ 45L/min，实现充分冷却；一般压力为0.8 ~ 1.2n/mm2洗去粘在砂轮上的切屑；保持冷却液纯净，并适当过滤，以去除冷却液中的碎屑、磨粒和其他污垢；冷却剂容器应足够大，以避免混合过多气体或泡沫；为了防止冷却液的温度急剧上升或下降，一般控制冷却系统的容积和车间的室温就足以控制冷却液的温度。但是，散热器应该在特殊的储存条件下使用。
(2)用窄砂轮磨削(砂轮宽度低于推力轴颈宽度)。在使用窄砂轮磨削时，成形磨削中采用的防烧伤措施可以适用于这种磨削方法，但窄砂轮磨削在砂轮进给方式上可以有更多的选择。一种是径向切磨，调整不当会造成上面说的喇叭口形状；另一种是斜切磨削。第一步，砂轮从轴颈右侧斜切进入，磨削至所需尺寸，然后沿原角度方向快速斜退；第二步，砂轮从轴颈左侧斜向进入，磨削至所需尺寸，然后沿原角度方向斜向快速退出；第三步，使砂轮快速切入轴颈中间并研磨至所需尺寸，然后快速推出。工序磨削余量和冷却方式与成型磨削一致。