如何大批量加工曲轴
2014-3-16 来源：山特维克可乐满 作者： Christer Richt
曲轴加工有多种方法，可根据实际的应用场合选取最适合的方法。在选择最具竞争力的解决方案之前，必须仔细评估每种应用的要求与特点。
以成本效益为原则曲轴是最难加工的工件之一，因为它极不对称、又细又长，所用材料的可加工性不好，质量控制很严，对制造的要求又非常高。曲轴是内燃机的核心零件之一，从用于园艺设备的二冲程发动机小曲轴，到船用柴油机中的巨型曲轴，大小不同，形状各异。即使是汽车发动机中的曲轴也是多种多样，每种曲轴对于发动机类型和牌子来说都是独一无二的。作为大批量生产的零件，汽车曲轴的生产受到成本效益的制约，在设计、材料和加工方面都经历了相当大的演变--随着人们对注重环保、改进性能、降低制造成本的要求日益增高，这种演变过程还将继续下去。
当今的环保压力对曲轴的制造增加了更多困难。发动机逐步小型化，并与涡轮增压器组合使用，以减少废气排放，尽量减小动力损失。曲轴的演变已经并将继续促进这一特点的深入发展。如今的卡车发动机已比20世纪90年代早期的轿车发动机更加洁净，并且燃油效率也得到显着提高。此外，曲轴加工的不断发展使当今的曲轴更加精密，而同时又不牺牲单件成本。
一些相关的行业标准可以表明人们的期望值：加工汽车曲轴的铣刀跳动量一般不超过0.02毫米。刀具寿命必须很长且可预测，以满足生产进度的需要；切削刃必须保证在两次换刀之间（例如加工8,000根曲轴）保持很高的可靠性。工序时间需要优化到秒级，以保证每班次的产量。工件材料趋向于采用高强度锻钢，并越来越多地使用更轻、更坚固的等温淬火球墨铸铁（ADI）。不言而喻，这两种材料都比传统材料更难加工。
优化性能和加工结果为了优化性能和加工结果，必须对每种曲轴分别确定其加工方案。这需要曲轴制造商、机床制造商和刀具供应商紧密协作。
山特维克可乐满设在德国的曲轴和凸轮轴加工专业中心（Competence Centre）拥有非凡的业绩：大约有900余套刀具已在全球各地使用。山特维克可乐满早在20世纪70年代，就已推出了用于曲轴加工的非标铣刀，到了90年代初，已积累了足够的技术生产能力以应对汽车工业发展对曲轴加工的需求，车铣加工也已成为该中心的一个专长。
如今，全球每年的汽车产量已超过七千万辆，改进发动机以减少排放、减轻重量、改善燃油经济性的需要日趋强烈，人们也更加重视先进的曲轴加工解决方案。
必须的个别评估曲轴演变是一个持续不断的过程，成功的解决方案取决于对许多要素细致且广泛的分析，例如产量、工序时间、设备要求、加工程度、质量水平，换刀间隔时间等等，没有一个单一的标准方案可以满足所有应用的要求，所有方案都是根据不用的应用领域量身定制的。曲轴需要经过几个不同的工序才能完成，锻件毛坯或铸件毛坯对加工工艺也有不同要求。制造商对工艺的满意度取决于他对曲轴单位生产成本、产量和投资成本的评估。
当曲轴安装在发动机上时是相当坚固和稳定的，但它作为工件却很不合适。因此，尤其是对于汽车工业来说，加工曲轴就有了各种不同的方法。不管加工要求是什么，山特维克可乐满多年来已经对相关刀具设计、刀片槽型和牌号进行了广泛而深入的开发，完全可以优化不同加工场合的需要。
曲轴本身是机床-夹具-零件-刀具所构成的工艺系统中最薄弱的环节，零件的不稳定性总是会影响到最小工序时间和加工质量一致性。这对开发和设计刀具、刀片以及相应的应用技术知识带来了很高的要求。它意味着优化切削刃的分布以实现切削力平衡、优化提高针对不同类型表面的切削参数，从而使切削平顺而无振动等等。
要想真正从事曲轴加工业务，必须具备相应的背景、能力和资源。山特维克可乐满将曲轴和凸轮轴加工专业中心设在欧洲的中心--德国，就是出于这一理念的考虑。我们已经与全球很多曲轴制造厂商以及几家专业的曲轴加工机床制造商展开了密切和卓有成效的合作。
曲轴的车削加工这是一种用于加工曲轴主轴颈的方法，具有相当的柔性。在有些情况下或有些地方，它还用于连杆颈的加工。如果用于加工连杆颈，质量不平衡以及偏离中心的夹持位置需要带平衡配重的专用夹具。车削加工通常是在曲轴加工专机以及配备专用刀塔的标准车床上进行的。由于刀具悬伸较大和容易出现振动，因此对刀具的要求非常高。
曲轴的车拉加工只有少数机床在有限范围内使用。这是一种拉削工艺，既可以通过直线车拉方法，对旋转曲轴成切线进给的方式进行常规直线拉削，也可以采用随后开发的圆形或螺旋形拉刀进行旋转拉削。尽管该方法非常高效，但因其缺乏柔性，所以至今未能推广。
曲轴的车-车拉加工车-车拉是车削与车拉的组合，车削和车拉刀具径向安装在一个圆形刀盘上，切削加工旋转着的曲轴的主轴颈或连杆颈，这种方法适用于大多数类型的曲轴。车削工序主要是粗加工，此时刀盘不旋转且切削刃处于工件的中心线；而车拉刀具进行精加工切削，刀盘通过对旋转曲轴的主轴颈或连杆颈表面进行缓慢旋转的切向移动进行加工。该方法的优点是在刀盘上可以大量安装使用姊妹刀具以平衡刀具寿命和延长换刀时间。
曲轴的内铣加工内铣也称回旋铣或行星铣，它可以在较长的切削时间里进行重型铣削。曲轴穿过旋转着的铣刀。可转位刀片排列在铣刀内圆面上，可对曲轴的主轴颈、连杆颈和扇形块侧面进行加工。它是一种很稳定的加工方法，主要用于大型曲轴，或者在毛坯余量很大时使用。
曲轴的外铣加工外铣主要用于大批量加工中、小型汽车曲轴。它可以看成是用一种高速旋转的密齿三面刃铣刀，在曲轴以缓慢旋转作进给运动的方式下对工件表面进行加工。该方法的特点是金属去除率高，切削定位迅速。一般而言，一个直径为700mm的外铣刀最多可安装350片刀片。可加工曲轴的主轴颈、连杆颈和扇形块侧面和外圆面。该方法工序时间短、换刀调刀非常快捷。
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