曲轴知识小百科 ，曲轴加工工艺，曲轴加工你需要知道几个要点

 曲轴知识小百科

曲轴是发动机中最重要的部件。它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。

为减小曲轴质量及运动时所产生的离心力，曲轴轴颈往往作成中空的。在每个轴颈表面上都开有油孔，以便将机油引入或引出，用以润滑轴颈表面。为减少应力集中，主轴颈、曲柄销与曲柄臂的连接处都采用过渡圆弧连接。

曲轴平衡重（也称配重）的作用是为了平衡旋转离心力及其力矩，有时也可平衡往复惯性力及其力矩。当这些力和力矩自身达到平衡时，平衡重还可用来减轻主轴承的负荷。平衡重的数目、尺寸和安置位置要根据发动机的气缸数、气缸排列形式及曲轴形状等因素来考虑。平衡重一般与曲轴铸造或锻造成一体，大功率柴油机平衡重与曲轴分开制造，然后用螺栓连接在一起。

1 关于曲轴毛坯的材料

曲轴主要有两种材料类型，一种是钢制曲轴，一种是球墨铸铁曲轴。钢制曲轴主要是钢的材料决定了曲轴的主要质量，另外就是加工工艺和加工精度，钢制曲轴一般都使用圆角滚压工艺。曲轴行业精度是肉眼看不出来的。球墨铸铁曲轴除使用圆角滚压工艺外，还要进行氮化处理，氮化处理过的曲轴颜色发乌。一般人员买曲轴建议买发动机厂家原装的，基本可以保证质量。挑选时只要注意在曲径部分不要有沙眼、拉痕等就可以了，一般都不会出问题。

材料球磨铸铁

材料：合金钢

备注：锻钢材料一般为中碳钢和中碳低合金钢,如45钢、53钢、35CrMo、40Cr等。球铁曲轴牌号有QT600 - 3、QT700 - 2、QT800 - 2、QT900-2、QT900-5。

毛坯铸造技术：

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。

上图：合模 下图：浇注

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。

左图：组芯 |右图：涂料喷涂 | 下图：检芯

2 曲轴工艺及刀具选定要素

曲轴结构：

1. CNC内铣不能加工轴颈有沉割槽；CNC高速外铣不能加工轴向沉割槽，车拉(含车－车拉)能加工。
2. 当曲轴的轴颈无沉割槽时，几种工艺都能加工。
3. 当曲轴的平衡块侧面不用加工时，CNC车拉(含车－车拉)加工循环时间与CNC内铣相差无几。
4. 当曲轴的平衡块侧面要加工时，CNC内铣的加工循环时间大大优于CNC车拉(含车－车拉)。
5. 在曲轴的平衡块侧面要加工的情况下，采用车拉(含车－车拉)工艺，由于加工平衡块侧面是断续切削，且曲轴转速又很高(约1000r/min)，打刀现象比较严重，采用车拉工艺加工曲轴平衡块侧面很不合理。

其他要素：

1. 主轴颈加工：只有在年产纲领为150,000件以下，以及平衡块侧面不加工的情况下采用CNC车削才是合理的方案；但这里尚需说明一点，平衡块侧面要加工及轴颈无沉割槽的情况下，年生产纲领为150,000件，采用CNC车削的设备价格与CNC内铣(双刀盘)的设备价格很接近，所以这种情况下采用CNC车削工艺亦可。
2. 连杆轴颈加工：只有在平衡块侧面要加工及轴颈无沉割槽的情况下采用CNC内铣，才是合理的方案。
3. 当曲轴平衡块侧面要加工且轴颈无沉割槽的情况下，CNC内铣加工工艺方案比CNC车拉(含车－车拉)更加经济。曲轴平衡块侧面不用加工且轴颈有沉割槽的情况下，CNC车拉(含车－车拉)加工工艺方案比CNC内铣更为经济。
4. 当年产纲领为300,000台以及曲轴衡块侧面要加工时，曲轴的主轴颈和连杆轴颈粗加工采用CNC高速外铣方案最为经济。

延伸阅读：什么是曲轴车-车-拉？

1. 车－车拉比CNC高速外铣及CNC内铣加工精度高。
2. 在曲轴的平衡块侧面要加工的情况下，采用车拉(含车－车拉)工艺，由於加工平衡块侧面是断续切削，且曲轴转速又很高(约1000r/min)，在这种切削工况条件下，打刀现象比较严重，采用车拉工艺加工曲轴平衡块侧面很不合理。
3. 当曲轴平衡块侧面不用加工，且轴颈有沉割槽的情况下，CNC车拉(含车－车拉)加工工艺方案最适合；当曲轴的平衡块侧面不用加工时，车－车拉加工循环时间与CNC内铣相差无几。

简述工艺路线：

A

中心孔加工

B

主轴颈加工

C

连杆径加工

D

中清洗（水溶性）

E

热处理加工

F

滚压校直

G

磨削止推面+法兰径

H

磨削主轴颈/连杆颈（精磨+粗磨）

I

孔系加工（各螺纹孔径/铰孔等）

J

动平衡孔加工

K

连杆颈+主轴颈+法兰（抛光加工）

L

终清洗（油性）

M

终检（成品打标下线）

关于曲轴热处理工艺

热处理示意图

1. 连杆轴径表面淬火和回火。
2. 法兰轴径表面淬火和回火。
3. 主轴轴径表面淬火和回火。

曲轴的淬火与回火

淬火工艺和目的

• 将工件加热到奥氏体化温度并保持一定时间，然后以大于临界冷却速度冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺。
• 目的提高工件硬度高，耐磨性

低温回火工艺和目的

• 将淬火后的钢，再加热250℃保温后冷却下来的热处理工艺。
• 目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性。

感应淬火原理

感应加热表面淬火是利用电磁感应的原理，使工件表层产生涡流而被迅速加热，进行淬火的方法。感应加热的原理是把钢制工件放在用紫铜管制成的感应器内通入交变电流，产生交变磁场。由于电磁感应，在工件内将产生和感应器内的电流频率相同，方向相反的感应电流~~~~涡流。

由于肌肤效应，涡流在工件截面上的分布是不均匀的，表面的电流密度越大，中心的电流密度越小。交变电流的频率越高，趋肤效应越显著，感应加热的深度越浅，由于工件本身有电阻，根据焦耳~~~楞次定律，集中于工件表层的涡流产生的电阻热，使工件表层迅速被加热到淬火温度，而芯部温度基本不变。在随即进行喷水（合金钢浸油）冷却后，工件表层被淬硬，实现了感应加热表面淬火。

曲轴感应器实拍图片

感应器主要名称

问

如何区分已淬火产品和未淬火产品？

答

铁在高温中与空气中的氧气发生化学反应，生成黑色的四氧化三铁。 这与我们俗称的生锈是有区别的。我们平时说的生锈，是铁在常温下与空气中的氧气、水等物质发生反应，生成（锈的主要成分）三氧化二铁，红色。

铁在氧气中加热：

3Fe+2O2 ===加热====Fe3O4

铁在空气中生锈：

4Fe+ 3O2 =========2Fe2O3

上图：未淬火 下图：已淬火

曲轴是发动机的关键零件之一，其结构复杂，生产批量大，品种更换频繁，精度要求高。因此，曲轴的生产加工不仅要实现柔性换产以面对市场需求，还要满足工艺要求，保证加工精度，最终生产出合格的产品。下面来了解下曲轴加工中的这几点要求。

一

曲轴加工大概分几步？

毛坯（小型曲轴为锻造、大型曲轴为球墨铸铁铸造），锻造时是将棒料烧红后通过多道锻模，锻成多拐平面状，在红热状态下最后一道工序将各拐拧转到相应的角度。

1）车定位，在普通车床上找出主轴颈的中心，车两端定位。

2）车主轴颈。

3）车连杆轴颈，是在专用车床上，刀架跟随连杆轴颈一边旋转一边进刀，一次同时车两个同角度的连杆轴颈；（试制或非批量生产是在普通车床的卡盘上做一个偏心夹具，把连杆轴颈作为旋转中心）。

4）钻油道孔，曲轴从主轴颈到拐臂到连杆轴颈内部都有润滑油道，是用专用设备进行深孔钻。

5）高频淬火，对主轴颈和连杆轴颈进行淬火，提高表面硬度。

6）磨主轴颈。

7）磨连杆轴颈，是非常精密的专用曲轴磨床，会自动边测量边磨削，精度是按0.01毫米控制的；

8）其它加工，（飞轮连接键槽，回油槽，螺纹等等）。

动平衡并去重，也是专用设备，可在查出的超重的拐臂毛坯部位钻削去重。以上的生产工序都是由设备自动控制完成的，操作者充其量只是装卸辅助，农民工就行。而真正的水平体现在这些设备的制造、调试和维护工作。入行就知道，不论什么奇形怪状的部件，都能高效率的生产。不外乎通过专用设备（只加工一种型号的部品的某一道工序）或柔性数控设备（可调加工尺寸，以适应多部品生产）来完成的。

二

曲轴断裂的原因？

曲轴断裂是发动机严重的机件故障，断裂一般发生在曲柄销和主轴颈与曲柄臂的连接圆角处或轴颈油孔等应力集中部位。

曲轴断裂的主要原因

(1)个别用户由于选用机油不当，或者是不注意“三滤”的清洗更换，机油长期使用变质;严重的超载、超挂，造成发动机长期超负荷运行而出现烧瓦事故。由于发动机烧瓦，曲轴受到严重磨损。发动机曲轴采用换修修理，即购一根新曲轴装机，将损坏曲轴送制造厂修理后备用。部分用户在车辆出现了曲轴磨损的问题后，出于费用、时间的考虑，在本地找一些小厂修理加工，将严重磨损的曲轴进行堆焊，加工，整体热处理后磨削加工。由于修理手段及工艺问题，曲柄销和主轴颈与曲柄臂的连接圆角发生了变化，造成局部应力集中;由于曲轴为精45号钢模锻，堆焊又使曲辆的金相织发生了变化。上述两项是造成曲轴断裂的主要原因。

(2)发动机修好后，装车没经过磨合期，即超载超挂，发动机长期超负荷运行，使曲轴负荷超出容许的极限。

(3)在曲轴的修理中采用了堆焊，破坏了曲轴的动力平衡，又没有做平衡校验，不平衡量超标，引起发动机较大的振动，导致曲轴的断裂。

(4)由于路况不佳，车辆又严重超载超挂，发动机经常在扭振临界转速内行，减振器失效，也会造成曲轴扭转振动疲劳破坏而断裂。

三

曲轴磨损后如何修复？

一般来说，轴颈直径在80mm以下，圆度及圆柱度误差超过0.025mm；或轴颈直径在80mm以上。圆度及圆柱度误差超过0.0400的曲轴，均应按规定尺寸进行修磨，或进行振动堆焊、镀铬、镀铁后再磨削至规定购尺才或修理尺寸。

1、曲轴的磨削

曲轴轴颈的磨削是在曲轴校正的基础上进行的。曲轴的磨削除了轴颈表面尺寸精度和表面粗糙度符合技术要求外，还必须达到形位公差的要求：磨削曲轴时，必须保证主轴颈和连杆轴颈各轴心线的同轴度及两轴心线间的平行度，限制曲柄半径误差。并保证连杆轴颈相互位置夹角的精度。曲轴的磨削通常是在专用的曲轴磨床上进行的。

2、连杆轴颈的磨削

由于连杆轴颈磨损不均匀，由此产生两种磨削方法：偏心磨削法和同心磨削法。

同心磨削法就是磨削后保持连杆轴颈的轴线位置不变，即曲柄半径和分配角不变。柴油机曲轴磨削时，常采用同心法，保持曲柄半径不变，柴油机的压缩比不变，但每次的磨削量大。当前，在汽车使用期内，大修次数减少，用同心法可以确保发动机性能不变。

偏心磨削法是按磨损后的连杆轴颈表面来定位磨削的，这时轴颈的中心线位置和曲柄半径均发生了变化。一般磨削后曲柄半径大于原曲柄半径，使压缩比增大，而且各缸变化不均匀，同时使整个曲轴的质量中心不处于曲轴主轴颈中心线上，引起曲轴不平衡，造成运转时的附加动载荷。因此，在连杆轴颈磨削时，应尽量减少曲柄半径的增加量，保证同位连杆轴颈轴心线的同轴度误差不大于±0．10mm，这样才能保证曲轴运转中的平衡。

3、曲轴严重磨损后又如何修复？

如果发动机曲轴磨损严重，磨削法无法修复或效果较差，可采用等离子喷涂法来修复。

（1）喷涂前轴颈的表面处理

①根据轴颈的磨损情况，在曲轴磨床上将其磨圆，直径一般减少0．50—1．00mm。

②用铜皮对所要喷涂轴颈的邻近轴颈进行遮蔽保护。

③用拉毛机对待涂表面进行拉毛处理。用镍条作电极，在6～9V、200～300A交流电下使镍熔化在轴颈表面上。

（2）喷涂

将曲轴卡在可旋转的工作台上，调整好喷枪与工件的距离(100mm左右)。选镍包铝(Ni／AL)为打底材料，耐磨合金铸铁(NT)与镍包铝的混合物为工作层材料；底层厚度一般为0．20mm左右，工作层厚度根据需要而定。

喷涂过程中，所喷轴颈的温度一般要控制在150～170℃。喷涂后的曲轴放入150—180℃的烘箱内保温2h，并随箱冷却，以减少喷涂层与轴颈间的应力。

（3）喷涂后的处理

喷涂后要检查喷涂层与轴颈基体是否结合紧密,如不够紧密，则除掉重喷。如检查合格，可对曲轴进行磨削加工。由于等离子喷涂层硬度较高，一般选用较软的碳化锡砂轮进行磨削，磨削时进给量要小一些(0.05—0.10mm)，以免挤裂涂层。另外，磨削后一定要用砂条对油道孔进行研磨，以免毛刺刮伤瓦片。经清洗后，将曲轴浸入80—100℃的润滑油中煮8～10h，待润滑油充分渗入涂层后即可装车使用。