柴油机曲轴的制造技术.doc

柴油机曲轴的制造技术发布时间：2011-06-22 18:21:01浏览次数：63 次伴随着汽车工业的发展，我国的发动机曲轴生产得到较大的发展，总量已具相当的规模，无论是设计水平，还是产品品种、质量、生产规模、生产方式都有很快的发展。 曲轴在发动机中是承受载荷传递动力的重要零部件，也是发动机五大零部件中最难以保证加工质量的零部件，其性能水平直接影响整机的性能水平及可靠性。因此，各工业发达国家十分重视曲轴的生产，不断改进其材质及加工手段，以提高其性能水平，满足发动机行业的需要。近几年来，国内曲轴加工发展十分迅速。尤其是大功率柴油机曲轴。 本文就从曲轴材料、热处理、机加工等作简单介绍。曲轴材料 曲轴材料有球墨铸铁曲轴和锻钢曲轴。球墨铸铁曲轴一般采用QT700-2，QT800-2，QT900-2等。锻钢曲轴一般采用45、35CrMo、40Cr、40MnB、42CrMo和非调质钢如C38+N2、48MnV等。其中非调质钢以其性能优良，使用成本低等优点倍受青睐。其在曲轴上的应用已正式纳入标准，成为锻钢曲轴发展的趋势。非调质钢是在中碳钢的基础上加入多种微量合金元素，其力学性能取决于基体显微组织和析出相的强化。这类钢在热轧、锻造、正火状态时的力学性能接近或达到一般调质状态的力学性能水平。因此可省略调质处理的工序，既缩短生产周期又节省能源。锻造毛坯 曲轴锻造工艺过程： 下料加热辊锻（如需要）预成型终锻切边扭拐（部分曲轴）校正 材料的加热在中频电感应连续加热炉内进行，将坯料加热到1150士50，与传统油料加热相比较，不仅简化了操作，同时也解决了加热温度不稳定，坯料加热不均匀，导致过热、过烧、材料热消耗高和不利于环境保护的一系列问题。 扭拐是对连杆轴颈不在一个平面内的曲轴，在终锻时将所有连杆轴颈锻在一个平面上，切边后在扭拐机上根据需要将连杆颈绕主轴颈中心线扭转到要求的角度，通常是90或120。增加扭拐工序解决了终锻模具分模复杂、型腔深、锻造工艺性差、毛坯缺肉等问题，并提高生产效率。毛坯热处理 曲轴毛坯热处理是决定曲轴机械性能的关键工序，连续工作的正火、淬火、回火机组在热处理工序的应用越来越广泛，逐渐取代箱式炉，使热处理加热温度稳定，保证材料的机械性能和金相指标，并大大地提高生产效率。强化处理 曲轴常用的强化处理是轴颈中频感应淬火处理、氮化处理、圆角滚压。 目前中频感应淬火处理是将U型感应器分别扣在曲轴主轴颈、连杆轴颈和油封轴颈上，在曲轴旋转过程中对圆角及轴颈同时加热淬火，这样不但感应器方便放在曲轴上，简化淬火操作，同时也解决了传统的联合整体感应器淬火经常出现的油孔裂纹、硬化层深度不均匀、硬化层宽度不均匀及变形较大的问题。 由于连杆颈臂上止点处比下止点处薄，在加热时上止点处连杆颈臂传导热慢，加热比下止点处快，为保证上下止点处加热均匀，采用双功率淬火工艺，即对连杆轴颈淬火，当曲轴转到上止点时感应器时功率下降，转到下止点时功率升高，以确保连杆颈硬化层均匀。这样就提高了曲轴的机械强度和疲劳强度。图5为中频感应淬火机床。 随着氮化设备的完善和氮化工艺水平的提升，曲轴氮化越来越多地应用到实际生产中。常用的氮化方式有离子氮化、气体氮化、液体氮化。 离子氮化是将曲轴放置于氮化炉内，将炉内抽成真空，然后导入N2气体或N2+H2的混合气体。将炉体接上阳极，工件接上阴极，两极间通以数百伏电压，此时炉内的N2气体发生辉光放电形成正离子，向工作表面移动，在瞬间阴极电压急剧下降，使正离子高速冲向阴极表面，将动能转变为气能，使工件表面温度得以上升，因氮离子的冲击后将工件表面打出Fe.C.O.等元素飞溅出来与氮离子结合成FeN，氮化铁逐渐渗入工件表面而产生氮化作用。 气体氮化是将工件预热后置于氮化炉内，将氨(NH3)气直接输进500-550的氮化炉内，保持5-7h，使氨气分解为原子状态的N与H而进行渗氮处理，使钢的表面产生耐磨、耐腐蚀的化合物层。氨气在570时经热分解如下： 经分解出来的N扩散进入钢的表面形成气体渗氮。 液体氮化的方法是将曲轴预热后再置于氮化炉内，氮化炉内是以下F1盐剂为主，被加温到560-580处理3-8h，依工件所受外力负荷大小，而决定氮化层深度，在处理中通入干燥压缩空气，盐剂分解为CN或CNQ，渗透扩散至工作表面，使钢件更具耐疲劳性。氮化期间由于CNO之分解消耗，所以要不断化验盐剂成份，以便调整空气量或加入新的盐剂。 通过整体氮化提高曲轴的机械强度和疲劳强度。 圆角滚压 曲轴圆角滚压，就是利用滚轮的压力作用，在曲轴的主轴颈、连杆轴颈的圆角处形成一条塑性变形带，滚压圆角处产生残余应力部分抵消曲轴工作时产生的拉应力，圆角处硬度增加、表面粗糙度提高，增加了曲轴的机械强度和疲劳强度。曲轴成品加工 曲轴属于细长类零件，加工过程中主要定位基准是两端中心孔。质量定心机是利用动平衡原理，通过计算机测量控制系统，找出曲轴毛坯质量中心轴并在此轴线上加工中心孔的设备。质量定心机可有效的减小曲轴加工后的初始不平衡量，从而提高曲轴的最后平衡精度和生产效率。对于带有平衡配重块的曲轴尤为重要。不平衡量小，意味着平衡校正时在平衡配重块上去掉的质量少，从而保证了曲轴在结构设计上的质量补偿。用质量定心机钻中心孔替代几何中心孔还解决了由于锻造毛坯外轮廓偏差和热处理产生的轴颈弯曲造成的质量中心线与几何中心线不重合而产生的平衡量偏差。解决了机加工过程中由于质量中心与几何中心线不重合，旋转时产生离心力造成振动使加工精度降低和损坏设备加工精度的问题。 曲轴油孔是典型的细长孔且在曲面上加工。枪钻是由钻柄、钻杆和硬质合金钻头三部分组成的，刀尖是偏心的，中间有一通孔，外侧有V形槽。加工油孔时，通过中间的通孔喷出高压冷却液，直接对切削区进行冷却，同时高压冷却液使切屑从外侧V形槽排出。用枪钻加工油孔，使油孔表面粗糙度提高到Ra3.2，避免油孔内壁存有杂质，使润滑通畅。 精磨轴颈采用数控磨床加工，使主轴、连杆轴颈尺寸精度、表面粗糙度、圆角尺寸精度以及相应的形位公差(如主轴、连杆轴颈的圆度、圆柱度、连杆轴颈平行度、主轴颈跳动等)得到保证。数控磨床加工曲轴能达到精度见表4。 为保证曲轴成品的形位公差，就要消除粗加工工序中产生的应力，通常是在精加工前进行去应力回火处理。加热温度低于毛坯热处理温度30-60。 用砂带抛光机抛光主轴颈、连杆轴