先進(jìn)的曲軸加工刀具技術(shù)

山特維克可樂滿供稿

在內(nèi)燃機(jī)中，曲軸 (見附圖)的作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這就意味著劇烈的加速和減速，并伴隨高彎曲變形、高轉(zhuǎn)矩和振動(dòng)沖擊，導(dǎo)致非常高且多變的應(yīng)力。如此極端化的應(yīng)力需要精心的設(shè)計(jì)和計(jì)算、選擇合適的材料以及批量加工工藝。這些應(yīng)力集中于支承軸頸和平衡塊輻板之間的圓角半徑處以及油孔上，因此需要特別關(guān)注這些位置的加工。

曲軸零件圖

當(dāng)今市場(chǎng)要求汽車制造商供應(yīng)更小的發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)又需要滿足更高的功率和速度要求，這進(jìn)一步增加了曲軸的負(fù)荷和應(yīng)力。于是，制造商不斷地為這些零件尋找強(qiáng)度更高的材料，通常包括高合金金屬。

球墨鑄鐵是用于較低負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī) (主要是汽油發(fā)動(dòng)機(jī))的標(biāo)準(zhǔn)材料，而大馬力發(fā)動(dòng)機(jī) (包括大多數(shù)柴油發(fā)動(dòng)機(jī))則使用較昂貴的合金鋼鍛件。用于曲軸的鋼種一般都會(huì)經(jīng)過(guò)各種熱處理，如淬火和回火。在一些特殊的高端應(yīng)用區(qū)域 (包括賽車)，曲軸可能直接從圓鋼上加工而成。

由于上述條件限制，曲軸加工成為目前要求最嚴(yán)格的大批量金屬切削加工工藝。曲軸生產(chǎn)線也成為整個(gè)汽車制造過(guò)程中最大的硬質(zhì)合金消耗者。

加工曲軸兩端和軸頸的一種簡(jiǎn)單方式是，在傳統(tǒng)的車床或車削中心上進(jìn)行車削。這顯然需要從刀柄到加工軸頸表面之間有充足的空間。該方法的好處包括可以使用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床、刀具和刀片，以達(dá)到高靈活性和低成本。

一臺(tái)專用機(jī)床具備車削和車?yán)芰Γ涂梢栽谇S回轉(zhuǎn)中心上對(duì)軸頸進(jìn)行加工。用于粗加工和精加工的刀片可以同時(shí)安裝在同一個(gè)刀盤上，一次完整的切削行程就能加工出一個(gè)特別形狀。其他好處包括重復(fù)定位精度、良好的加工表面質(zhì)量、較小的公差、延長(zhǎng)刀具壽命、減少換刀次數(shù)帶來(lái)的機(jī)床高利用率以及縮短加工時(shí)間等。車?yán)庸さ娜秉c(diǎn)是專用機(jī)床和刀具的成本較高，以及需要使用大量刀片。一個(gè)更專業(yè)的車削方法是運(yùn)用多齒車刀片，以實(shí)現(xiàn)有利于切屑控制的降成本努力，以及不采用拉削動(dòng)作。

無(wú)論采用什么方法，曲軸加工的整體目標(biāo)包括切屑控制、延長(zhǎng)刀具壽命、縮短加工節(jié)拍和提高產(chǎn)品質(zhì)量。曲軸通常由幾臺(tái)專用機(jī)床組成的生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)。但是，單件加工的方式也可用在一些特殊的交鑰匙項(xiàng)目中，例如賽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和船用柴油機(jī)曲軸。

外部和內(nèi)部銑削則代表了另一種方法，特別是連桿頸加工。如果平衡塊有大余量需要去除，那么裝配帶刀片的刀塊的銑刀盤是極具吸引力的選擇。對(duì)于這些應(yīng)用，山特維克可樂滿有超過(guò)40年的經(jīng)驗(yàn)。油孔鉆削和銑削加工是曲軸生產(chǎn)中硬質(zhì)合金消耗量最大的工序。在曲軸油孔中，通?？咨钍侵睆降?0倍，因此這是非常困難的加工任務(wù)。使用最多的工具包括槍鉆以及采用油霧潤(rùn)滑的硬質(zhì)合金麻花鉆。

高質(zhì)量精加工也必不可少，因?yàn)殂@孔周圍有可能形成應(yīng)力集中。

目前，全世界只有6家切削刀具制造商有能力為曲軸加工提供刀具，而真正推動(dòng)該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的公司則更少，山特維克可樂滿就是這極少數(shù)中的一個(gè)。山特維克可樂滿位于德國(guó)杜塞爾多夫的曲軸能力中心與世界各地的原始設(shè)備制造商及機(jī)床制造商合作，項(xiàng)目遍布大約20個(gè)國(guó)家。新興市場(chǎng)在這一行業(yè)的規(guī)模正在擴(kuò)大，尤其是在中國(guó)，該中心最近在中國(guó)開設(shè)了新的分支機(jī)構(gòu)。