一、項目基本情況

青海第二機床制造有限責任公司承擔了數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直裝備及其關鍵技術(shù)（“國家高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”科技重大專項2011ZX4002-021）課題，總目標是研制開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)先進的適合轎車發(fā)動機曲軸的數(shù)控曲軸圓角滾壓與滾壓校直設備和相關輔助設備與工具，并在用戶生產(chǎn)實現(xiàn)應用。開展曲軸頸圓角滾壓強化機理研究和圓角滾壓強化工藝試驗，進行曲軸滾壓變形規(guī)律及校直工藝過程的研究。改變我國高檔數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓設備需要進口的現(xiàn)狀。該課題以青海第二機床有限責任公司為牽頭承擔單位，武漢理工大學為參與承擔單位，并由東風汽車工藝研究所專家馮美斌先生形成“產(chǎn)、學、研”結(jié)合的高水平研究開發(fā)團隊，共同開展本課題整體方案的制定和協(xié)同攻關，確保課題技術(shù)路線的科學制定和目標的圓滿完成。

二、新技術(shù)應用情況

（1）曲軸滾壓校直技術(shù)（校直理論與模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）。

（2）開發(fā)具有自學功能的智能專家系統(tǒng)。

（3）精密定位和在線精密測量。

（4）計算機實時控制和多通路壓力控制液壓伺服系統(tǒng)；

三、主要突破

設計制造出新一代數(shù)控曲軸圓角滾壓機床，主要研究內(nèi)容：

（1）滾壓工藝參數(shù)與曲軸強度的關系研究

（2）曲軸滾壓參數(shù)與滾壓變形規(guī)律研究及校直工藝過程研究

同時解決了曲軸圓角滾壓過程中以下問題：

（1）滾壓過程中滾壓輪變壓力進行滾壓。

（2）對滾壓后曲軸伸長及曲軸彎曲變形進行有效控制。

（3）規(guī)范控制系統(tǒng)抗干擾能力差的問題。

四、產(chǎn)品性能與水平分析

機床一次裝夾可實現(xiàn)曲軸所有主軸頸、連桿頸上的沉割槽圓角滾壓、在線測量、滾壓校直的自動加工全過程，工作效率高，勞動強度低，調(diào)整方便，機床采用懸掛式九鉗結(jié)構(gòu)系國內(nèi)外首創(chuàng)，突破了導軌式曲軸圓角滾壓機床目前只設置5個滾壓鉗的局限。

項目已達到國內(nèi)同類機床技術(shù)領先水平，填補了國內(nèi)空白。

五、推廣及服務舉措

數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直機床（廠內(nèi)產(chǎn)品型號QH2-042，產(chǎn)品名稱：數(shù)控曲軸圓角滾壓機床）已經(jīng)于2012年8月研制完成，并根據(jù)與四川宜賓普什汽車零部件有限公司簽訂的合同交付用戶，在用戶處得到示范應用。

六、合作方、知識產(chǎn)權(quán)情況

課題的合作方為武漢理工大學。

目前課題已形成以下標準、專利及科技論文。

1、標準

數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直裝備

包括：（1）術(shù)語

（2）數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與校直機床 技術(shù)條件

（3）數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與校直機床 精度檢驗

（4）數(shù)控曲軸車床 技術(shù)條件

（5）數(shù)控曲軸車床 精度檢驗

2、專利

（1）發(fā)明專利： 曲軸圓角滾壓機床的滾壓頭

（2）實用新型專利：一種多柱塞加壓油缸

3、科技論文

（1）數(shù)控曲軸圓角滾壓機床的設計

七、專項對企業(yè)技術(shù)的影響以及成果在用戶單位的應用情況

近年來，我國的汽車制造行業(yè)的不斷發(fā)展，引進、消化、吸收國外的先進技術(shù)，行業(yè)的整體水平有了長足的進步。但是，雖然國內(nèi)汽車行業(yè)花費大量資金從國外引進了先進的制造設備，但部分技術(shù)被國外廠家封鎖，致使很多設備只應用于少數(shù)型號的曲軸加工。多數(shù)企業(yè)無力支付高昂的進口設備和轉(zhuǎn)讓技術(shù)費用。

曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直設備及其關鍵技術(shù)正是幾項被國外控制的先進制造設備和先進制造技術(shù)之一。曲軸是內(nèi)燃機的關鍵零件之一，其質(zhì)量好壞直接影響內(nèi)燃機的工作性能和運行安全性。由于曲軸在高轉(zhuǎn)速下工作，承受交變載荷，工作情況惡劣。因此，必須對曲軸軸頸圓角進行強化處理，以增強曲軸在高轉(zhuǎn)速工況和交變載荷作用下的抗疲勞損傷能力，提高其可靠性和使用壽命。目前，國內(nèi)外對曲軸強化處理的工藝主要有：氮化、噴丸、感應淬火、圓角滾壓、復合強化等。研究和實驗表明:與其他強化處理工藝相比，圓角滾壓處理可顯著提高曲軸的耐疲勞性，可使球鐵曲軸的壽命提高120%-300%、鋼曲軸的壽命提高70%-150%。另一方面，圓角滾壓工藝還具有生產(chǎn)效率高和節(jié)能、節(jié)約成本、環(huán)保的特性。在國外，對曲軸強化處理幾乎全部采用圓角滾壓工藝，這已成為曲軸生產(chǎn)企業(yè)提高曲軸性能和市場競爭力的重要手段。

在國內(nèi)，發(fā)動機曲軸圓角滾壓與滾壓校直高檔機床目前全靠進口，單臺進口價格在120萬美元左右。這極大的制約了我國發(fā)動機曲軸圓角滾壓處理工藝的推廣應用。數(shù)控曲軸圓角滾壓校直機床的開發(fā)與推廣應用可為我國汽車工業(yè)和內(nèi)燃機行業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益與社會效益。同時，該項目的實施對提高我國機床行業(yè)制造裝備的自主研發(fā)能力和生產(chǎn)能力都有著重大意義。

本機床是針對汽車發(fā)動機曲軸容易產(chǎn)生疲勞斷裂失效的問題，開展曲軸頸圓角滾壓工藝技術(shù)的研究，并在此基礎上研制開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓機床，解決曲軸的殘余壓應力等問題，并在用戶生產(chǎn)中實現(xiàn)應用。

該課題總體目標為研制開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)先進的適合轎車發(fā)動機曲軸的數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直設備和相關輔助設備與工具，并在用戶生產(chǎn)中實現(xiàn)應用，填補國內(nèi)空白。開展曲軸頸圓角滾壓強化機理研究和圓角滾壓強化工藝試驗，進行曲軸滾壓變形規(guī)律及校直工藝過程的研究。改變我國高檔數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓設備需要進口的現(xiàn)狀。本課題完全遵照重大專項的指導思想進行研究，以自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新相結(jié)合的方式加快掌握核心技術(shù)，加速產(chǎn)品研究開發(fā)進程，盡快實現(xiàn)產(chǎn)品應用及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

通過課題的實施，青海第二機床制造有限責任公司形成高水平曲軸軸頸圓角滾壓工藝技術(shù)及裝備的研究開發(fā)團隊。以本課題的研究為契機，開展數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直設備所急需的相關關鍵技術(shù)的研究，解決數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直設備開發(fā)過程中若干重大技術(shù)問題，形成一套完整的數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直設備的技術(shù)開發(fā)路線和關鍵技術(shù)研究成果，為數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直設備開發(fā)提供技術(shù)支撐。

我公司技術(shù)中心具有較高研發(fā)水平，技術(shù)中心也被評為“省級技術(shù)中心”。該項目課題的實施形成了專業(yè)研發(fā)數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓工藝研發(fā)以及裝備研究的研發(fā)隊伍，形成一套完整的曲軸類專用機床研發(fā)體系，充分帶動了企業(yè)技術(shù)研發(fā)水平并且強化了我公司技術(shù)中心的技術(shù)力量，培養(yǎng)了8-10名機械類專業(yè)設計人才。開展相關關鍵技術(shù)研究，建立相關的工藝技術(shù)規(guī)范與標準，并形成以“產(chǎn)、學、研”結(jié)合的高水平專業(yè)機床的研究開發(fā)團隊。

本課題的成功實施，不僅可以為汽車發(fā)動機行業(yè)提供數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直設備，滿足相關發(fā)動機曲軸的批量產(chǎn)業(yè)化需求，而且將在相關重大關鍵技術(shù)領域取得一批成果，促進曲軸強化裝備的設計與制造水平，進而提升相關產(chǎn)品的技術(shù)水平、精度穩(wěn)定性、可靠性，增強市場競爭能力。

課題合作單位武漢理工大學，將在本課題中承擔理論部分和實驗部分的任務，其學術(shù)力量雄厚。汽車零部件及裝備設計制造、性能測試、機電系統(tǒng)檢測與控制等多個方向形成了鮮明的特色和優(yōu)勢，尤其在曲軸圓角滾壓工藝與裝備、滾壓校直、曲軸復合車削加工基礎理論，以及機床運行狀態(tài)在線檢測和控制等關鍵技術(shù)方面，開展了長期的研究，積累了豐富的經(jīng)驗和成果，并承諾為本課題的研究提有力的技術(shù)支持。青海第二機床制造有限責任公司與武漢理工大學商定，本課題實施后形成的科技資源和技術(shù)成果，為雙方共同的知識產(chǎn)權(quán)。此課題成功后，產(chǎn)生的市場效益和經(jīng)濟效益，由雙方屆時另行商定。

八、課題解決的重大問題

（1）設計并研制適合轎車發(fā)動機曲軸的數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直機床：完成該設備的軟、硬件設計，專用數(shù)控系統(tǒng)和專用液壓伺服系統(tǒng)的開發(fā)試驗，樣機的機械零部件的加工、裝配、調(diào)試，開發(fā)適合轎車發(fā)動機曲軸的數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直設備，接近或達到國際先進水平，并形成示范應用。

（2）設計并研制相關輔助設備：完成與數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直設備相關的輔助設備的設計和制造，主要包括用于加工曲軸軸頸與沉割槽的機床，為保證數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直機床的普及應用提供可靠保證。

（3）曲軸圓角滾壓強化機理研究與曲軸圓角滾壓及滾壓校直工藝過程研究：在已有的成果的基礎上，進一步通過對曲軸疲勞斷裂的原因分析，研究滾壓技術(shù)對增強曲軸軸頸圓角硬度，在曲軸軸頸圓角處預加壓應力以抵消曲軸工作時軸頸過渡處的部分拉應力，提高曲軸疲勞壽命的理論基礎和原理；研究曲軸材料、曲軸結(jié)構(gòu)、曲軸滾壓工藝過程和工藝參數(shù)與曲軸變形規(guī)律之間的關系，為提高滾壓和校直的正確性和工作效率，為開發(fā)出技術(shù)先進的曲軸滾壓專用數(shù)控系統(tǒng)和專用液壓伺服系統(tǒng)提供理論依據(jù)。

（4）曲軸圓角滾壓強化工藝試驗：通過對曲軸圓角滾壓不同工藝過程和不同工藝類型的分析，進行不同曲軸圓角滾壓工藝參數(shù)對疲勞強度影響的工藝試驗，優(yōu)化工藝參數(shù)，并對樣機加工的試件進行全面的工藝試驗，為數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直機床的優(yōu)化和改進提供試驗數(shù)據(jù)。

（5）開展曲軸滾壓技術(shù)規(guī)范或技術(shù)標準研究，提出曲軸圓角滾壓質(zhì)量標準及評定方法：針對曲軸頸圓角滾壓，提出適合國產(chǎn)曲軸的曲軸頸圓角滾壓的技術(shù)規(guī)范、標準和工藝規(guī)范，制定出曲軸圓角滾壓圓角的檢驗和評定規(guī)范及質(zhì)量標準。針對數(shù)控曲軸軸頸圓角滾壓與滾壓校直機床和相關輔助設備制定出相應標準與加工、裝配制造工藝規(guī)范。

目前，該項目樣機已經(jīng)研制成功，發(fā)至用戶試用，得到用戶一致好評，在用戶處得到示范應用。同時，該機床也將繼續(xù)進行相關測試，從而在加工精度以及穩(wěn)定性等方面達到更高水平。