康明斯欧Ⅳ发动机ISDe曲轴工艺开发

1、康明斯欧发动机ISDe曲轴工艺开发来源：东方汽车网  发布时间：2012-07-12 分享到:新浪微博 腾讯微博 豆瓣网 开心网 搜狐微博 网易微博  项目简介     主要内容：康明斯ISDe曲轴总成是按照东风康明斯发动机有限公司提供并批准的产品图纸制造，在制作过程中采用新技术、新工艺进行产品过程的开发及产品的实现。曲轴材质采用符合GB/T3077-99合金结构钢中规定的48MnV制造；抗拉强度689Mpa；曲轴本体硬度为HB207-277；主轴、连杆及大端轴颈感应淬火后表面硬度为HRC50-55；主轴连杆轴颈淬火层深度2 mm、主

2、轴连杆圆角淬火层深度1.3mm；曲轴主轴颈、连杆轴颈表面粗糙度Ra0.3；止推侧面粗糙度为Ra0.4；轴主轴颈直径尺寸为83±0.013；连杆轴颈直径尺寸为69±0.013；中心距R62±0.07；主轴与连杆轴颈圆度公差为0.007，直线度公差0.007；跳动量为0.05；曲轴大盘端面跳动0.04；曲轴大盘端面垂直垂直度0.04；曲轴小头端面跳动0.022、垂直度0.03；轴颈70.6处全跳动0.03；轴颈70处跳动0.03；止推面侧面跳动0.05、垂直度0.017。     特点：毛坯的开发应用气体保护加热技术及控制冷却技术，热处理

3、采用了高硬度的表面强化处理，具有较高的耐磨性，提高了曲轴使用寿命；采用以车代磨技术解决半精磨的裂纹及精度超差，油孔倒角技术改善曲轴承受扭转疲劳能力，抛光技术解决轴颈，减小的曲轴自由端振动对正时机构的影响，降低了发动机噪音表面细小突起等。另外将正时机构从曲轴的前端移到了曲轴的后端。     应用推广情况：天润曲轴股份有限公司成功地为主机厂生产出合格产品，巩固了该公司为东风康明斯公司配套的地位，也抢占国际市场，为国外大公司配套奠定了技术上的基础。同时把淬火工艺在其它产品上推广，提高产品使用寿命和可靠性；通过以车代磨工艺、油孔倒角技术、抛光等机加工工艺及工装优化保证了几

4、何精度。使FPT、西安康明斯等主机产品各项技术经济指标均达到国际同类产品的先进水平，带动国内相关行业制造研发水平的提高，为内燃机曲轴的制造技术开辟新的领域。 立项背景     康明斯ISDe发动机是康明斯开发的新产品，采用自主开发的先进的电控平台，大幅度提升了产品的技术含量，实现了与欧、美同步，配备了能够有效提高燃油效率的高压燃油喷射系统、驾驶室内信息显示系统、掌上电脑故障诊断设备等电子信息处理系统，可实时监控发动机的运行和车辆的行驶数据，及时进行故障诊断与排查。该柴油发动机功率覆盖118162kW，排放达欧，整机噪音96.5，每缸为4气门，深受顾客青睐

5、。现康明斯ISDe发动机已开始批量装机，但大部分部件均采用进口件，成本较高，而且根据康明斯公司的市场分析，该机型发动机产量将会大幅度增长，市场前景广阔。因此国产化成为康明斯整个发展战略的重点。     此项目的立项使天润公司的研发平台与世界先进内燃机零部件制造技术接轨，带动整个行业的发展，同时获得丰厚的利润回报。 技术路线     1.先期策划     为保证该产品的顺利实施，引导资源合理配置，促进对所需更改的早期识别避免晚期更改，最终以最低成本及时提供顾客优质产品的要求，按照产品质量先期策划程

6、序，研发部负责建立产品质量先期策划(APQP)小组。     研发部负责与顾客的接口、识别顾客的要求，完成产品图纸和标准规范的消化吸收等工作，负责工艺方案制订，负责制订设备、工装、量检具和实验设备设施的要求，负责PFMEA和控制计划的编制等工作；制造部负责工装、检具等的制作；设备科负责设备、设施等资源配置；生产车间负责产品加工，初始过程能力研究；质检科负责产品的检验、试验和测量系统分析；市场营销部负责市场调研、产品交付；采购部负责外购物资的采购；财务部负责成本分析；质量控制科负责监督APQP的进展情况，协调小组成员的接口关系。    

7、 2.毛坯方面     钢材在经过煤气或电炉等加热之后表面出现氧化、烧蚀、脱碳等情况，直接影响到毛坯的表面质量及表层的机械性能，还会在锻造过程中产生缺陷，为缓解加热过程造成的不良影响，用气体保护的加热方式，降低表面氧化造成的脱碳、凹坑缺陷，减少氧化皮的产生，保证了锻造材料的质量；毛坯的热处理是保证曲轴本体性能的重要手段，一般采用专用的设备进行正火、调质、回火等工序，能源消耗较大，根据该产品的性能要求及48Mn的材料特性，采用控制锻件温度，控制冷却技术，曲轴各项性能指标完全达到技术要求。     3.热处理方面  

8、  工艺流程：粗加工 淬火回火 抛丸。     通过感应加热及快速冷却，在曲轴表面35mm内形成淬火马氏体组织，淬火后8h内及时进行低温回火，得到稳定的回火马氏体组织。对轴颈表面进行强化。ISDe产品表面淬火硬度较同类产品高出HRC5，48Mn材质属中等淬透性，要求加热温度高、冷却速度快，在试验前期频频出现淬火裂纹，降低温度及冷速则无法满足淬火的深度及硬度要求，突出表现为连杆轴颈被曲柄臂包围的部分，经分析，重要的影响因素为在浸入式进行冷却时轴颈表面产生气泡及冷却液循环在此受到阻碍，基于工艺技术的分析，将冷却方式由浸入式改为喷淋式，重新对温度及冷速参数进行

9、确定。     经检测，轴颈有效淬火深度在3.02mm以上，轴颈表面探伤无淬火裂纹产生。     锻钢曲轴淬火后跳动通常的做法是进行校直，该产品淬火之后不允许校直，从淬火过程进行研究，进行轴颈淬火顺序的试验，最终确定采用对称加热的方式，淬火后跳动数量控制在10以下，其次采用预加力、热定型的方式在回火工序进行消除，对仍无法满足跳动要求的产品采用中心孔修整法进行处理。     4.机加工方面     (1)中心孔的加工为轴类零件加工的第一道工序，对曲轴而言传统的观念认为其关联因素

10、为加工余量和不平衡量，只要二者可以同时兼顾就可，经不断地试验及分析发现，中心孔的位置对曲轴本体的一致性、曲轴的可靠性及加工过程曲轴的变形跳动有很大的关系，因此在控制毛坯跳动的前提下，采用质量中心与几何中心综合分析的方法，在保证不平衡量可以去除的基础上使曲轴本体在以轴心为基准形成余量对称、组织对称的状态，获得曲轴本体性能的一致性，降低应组织不一致而造成的应力，同时减小加工余量不均造成的加工应力。     (2)油孔的倒角在曲轴以往的加工过程中不作为特殊特性进行控制，传统的加工方法为钻床、钻头倒角，倒角外观为圆形，油孔方向存在薄壁及尖角，随着内燃机功率及扭矩的不断提升

11、，曲轴的疲劳破坏形式不再是单纯的弯曲疲劳破坏，扭转疲劳的失效在不断增加，扭转破坏的主要产生点就在油孔口的倒角部分，对此天润公司与设备生产厂家共同开发了油孔倒角机床，设计专用的倒角刀具及程序，整个倒角由两个椭圆相切构成，刀具为阶梯复合刀具，整个倒角沿油孔方向呈椭圆形状，没有尖角存在，经过扭转疲劳试验，超出规定的技术要求。     (3)曲轴在淬火后进入半精加工阶段，主要工序是半精磨，对轴颈轴颈进行磨削减少余量，修整因淬火涨量而变化的轴向尺寸，机床为普通磨床、刚玉砂轮，存在的主要问题是出现磨削裂纹及圆角和轴颈侧面加工精度低，与刀具生产企业进行联合开发设计采用超硬刀具、

12、数控车床进行淬火后轴颈、侧面及圆角的加工，完全消除了半精磨工序磨削裂纹的产生，同时大大提高了加工的精度，减少了加工余量，可以实现机床跑坐标加工的方式，取代每个轴颈分档定位的方式，提高了加工的效率。     (4)在精磨淬火钢轴的过程中需要解决3个互相关联的关键问题，包括：工件表面烧伤度、表面粗糙度、裂纹；选取合理的砂轮转速或线速度、曲轴的回转速度、砂轮的粒度及软硬、磨削液的冷却性能等；使磨削裂纹由50%降低到1%。     (5)粗糙度一直被作为评价轴颈表面质量的重要参数，但随着柴油机转速的不断增加及爆发压力的不断提升，在轴颈表面粗糙

13、度合格的前提下仍然出现拉瓦现象，对轴颈进行圆度及圆柱度等进行检测，均符合图纸技术要求，通过对轴颈表面进行微观检查分析，轴颈在磨削之后受砂轮的切削作用会产生细小的反向突起，针对此问题采用与磨削方向反向的抛光技术对轴颈表面进行抛光，消除微观的突起，改善润滑及配合条件。另外采用抛光新技术，提高轴颈表面光洁度，从而提高了曲轴的疲劳强度；钻油孔模板压紧技术和曲轴磨拐分度技术、气动夹紧技术等提高生产效率并保证图纸要求的尺寸及形位公差。     (6)后端采用热膨胀技术进行凸缘及正时齿轮的装配，将正时机构从曲轴的前端移到了曲轴的后端，较康明斯其它产品减小曲轴自由端振动对正时机构

14、的影响。     5.检验方面：公司拥有世界领先水平的精密检测设备，如 ADCOLE曲轴综合测量仪、HOMEL轮廓仪、TESA测高仪、SPEC光谱仪、奥林巴司金相分析仪、荧光磁粉探伤机、X光探伤机、三坐标测量机、测长机、曲轴疲劳试验机等，为新工艺、新技术、新材料的开发提供了良好的资源支持。 1.毛坯方面： (1)在感应加热的基础上增加气体保护。(2)在锻造后控制锻件温度，利用锻造余热控制冷却技术来满足金相组织及性能要求。     2.热处理方面： (1)将冷却方式由浸入式改为喷淋式。(2)采用预加力、热定型的方式降低曲轴跳动

15、量。     3.机加工方面： (1)质量中心与几何中心综合分析的方法，获得对称、均匀的本体组织及性能。(2)倒角由圆形改为沿油孔轴线的椭圆型，提高了曲轴的抵抗扭转疲劳的能力。(3)以数控车代替粗磨加工，保证精度，减少精磨余量，提高了效率。(4)采用与磨削方向相反的抛光方向进行抛光，消除微小突起及毛刺，改善表面润滑及配合条件。(5)自有专利技术：采用曲轴止推面抛光装置、曲轴抛光机、曲轴清洗装置、曲轴钻油孔模板压紧装置、曲轴磨拐分度夹具、一种偏心轮夹紧装置对该曲轴进行加工，最终达到图纸要求。(6)采用热膨胀技术进行凸缘及正时齿轮的装配，较康明斯其他产品减小曲轴自由端

16、振动对正时机构的影响。     其次，该项目的发明及创新点主要在：     ISDe产品开发自样件试制至PPAP阶段，均一次性通过康明斯公司的审核，加工件的检测结果及台架、装机试验结果均达到并超过国外零件的加工水平，得到康明斯公司的高度评价，这主要来源于两个方面：     (1)先进的加工及工艺装备，使加工质量得以很好的保障。     (2)先进工艺技术的开发及应用，在达到顾客图纸要求的前提下不断进行质量水平的提升，乃至与客户共同进行新产品的设计和研发。 应用、推广情况     1.该产品试制成功后，已实现大规模生产。天润曲轴股份有限公司年可获得20000台的曲轴配套份额。根据成本计算价格，ISDe曲轴价格为3000元/支。届时，天润公司将实现销