先进的曲轴加工刀具技术

山特维克可乐满供稿

在内燃机中，曲轴 (见附图)的作用是将活塞的往复运动转化为旋转运动。这就意味着剧烈的加速和减速，并伴随高弯曲变形、高转矩和振动冲击，导致非常高且多变的应力。如此极端化的应力需要精心的设计和计算、选择合适的材料以及批量加工工艺。这些应力集中于支承轴颈和平衡块辐板之间的圆角半径处以及油孔上，因此需要特别关注这些位置的加工。

曲轴零件图

当今市场要求汽车制造商供应更小的发动机，同时又需要满足更高的功率和速度要求，这进一步增加了曲轴的负荷和应力。于是，制造商不断地为这些零件寻找强度更高的材料，通常包括高合金金属。

球墨铸铁是用于较低负荷发动机 (主要是汽油发动机)的标准材料，而大马力发动机 (包括大多数柴油发动机)则使用较昂贵的合金钢锻件。用于曲轴的钢种一般都会经过各种热处理，如淬火和回火。在一些特殊的高端应用区域 (包括赛车)，曲轴可能直接从圆钢上加工而成。

由于上述条件限制，曲轴加工成为目前要求最严格的大批量金属切削加工工艺。曲轴生产线也成为整个汽车制造过程中最大的硬质合金消耗者。

加工曲轴两端和轴颈的一种简单方式是，在传统的车床或车削中心上进行车削。这显然需要从刀柄到加工轴颈表面之间有充足的空间。该方法的好处包括可以使用标准机床、刀具和刀片，以达到高灵活性和低成本。

一台专用机床具备车削和车拉能力，就可以在曲轴回转中心上对轴颈进行加工。用于粗加工和精加工的刀片可以同时安装在同一个刀盘上，一次完整的切削行程就能加工出一个特别形状。其他好处包括重复定位精度、良好的加工表面质量、较小的公差、延长刀具寿命、减少换刀次数带来的机床高利用率以及缩短加工时间等。车拉加工的缺点是专用机床和刀具的成本较高，以及需要使用大量刀片。一个更专业的车削方法是运用多齿车刀片，以实现有利于切屑控制的降成本努力，以及不采用拉削动作。

无论采用什么方法，曲轴加工的整体目标包括切屑控制、延长刀具寿命、缩短加工节拍和提高产品质量。曲轴通常由几台专用机床组成的生产线大批量生产。但是，单件加工的方式也可用在一些特殊的交钥匙项目中，例如赛车发动机曲轴和船用柴油机曲轴。

外部和内部铣削则代表了另一种方法，特别是连杆颈加工。如果平衡块有大余量需要去除，那么装配带刀片的刀块的铣刀盘是极具吸引力的选择。对于这些应用，山特维克可乐满有超过40年的经验。油孔钻削和铣削加工是曲轴生产中硬质合金消耗量最大的工序。在曲轴油孔中，通常孔深是直径的20倍，因此这是非常困难的加工任务。使用最多的工具包括枪钻以及采用油雾润滑的硬质合金麻花钻。

高质量精加工也必不可少，因为钻孔周围有可能形成应力集中。

目前，全世界只有6家切削刀具制造商有能力为曲轴加工提供刀具，而真正推动该领域技术发展的公司则更少，山特维克可乐满就是这极少数中的一个。山特维克可乐满位于德国杜塞尔多夫的曲轴能力中心与世界各地的原始设备制造商及机床制造商合作，项目遍布大约20个国家。新兴市场在这一行业的规模正在扩大，尤其是在中国，该中心最近在中国开设了新的分支机构。