热处理和表面强化处理技术

1、4、热处理和表面强化处理技术曲轴的热处理关键技术是表面强化处理。球墨铸铁曲轴一般均采用正火处理，为表面处理 做好组织准备，表面强化处理一般采用感应淬火或氮化工艺。锻钢曲轴则采用轴颈与圆角淬 火工艺。引进的设备有AEG全自动曲轴淬火机床、EMA淬火机床等。据国外资料介绍，球墨铸铁曲轴采用圆角滚压工艺与离子氮化结合使用进行复合强化，可 使整条曲轴的抗疲劳强度提高130%以上。国内部分厂家近几年也进行了这方面的实践，取 得了良好的效果。曲轴圆角滚压加工方面，德国赫根塞特（HEGENSCHEIDT-MFD AUTOMATIC）生产的 机床应用了变压力滚压和矫正专利技术，是比较好的圆角滚压设备，但价格昂

2、贵。目前国内 在这方面的研究也有了一定的成果，东风汽车有限公司工艺研究所的“曲轴圆角滚压强化与 滚压校直技术研究开发及应用”解决了国内企业化巨资引进国外技术的问题，该课题获得了 原国家机械工业局科技进步二等奖。曲轴制造技术的发展趋势1、铸造技术（1）熔炼对于高牌号铸铁的熔化，将采用大容量中频炉进行熔炼或变频中频炉熔炼，并采用直读光 谱仪检测铁水成分。球墨铸铁处理采用转包，研制新品种球化剂，采用随流孕育、型内孕育 及复合孕育等先进孕育方法。熔化过程的各参数实现微机控制和屏幕显示。（2）造型消失模铸造将得到发展和推广。在砂型铸造中，无箱射压造型和挤压造型将受到重视并继 续在新建厂或改建厂中推广应用

3、。原有的高压造型线将继续使用，其中部分关键元件将得到 改进，实现自动组芯和下芯。2、锻造技术以热模锻压力机、电液锤为主机的自动线是锻造曲轴生产的发展方向，这些生产线将普遍 采用精密剪切下料、辊锻（楔横轧）制坯、中频感应加热、精整液压机精压等先进工艺，同 时配有机械手、输送带、带回转台的换模装置等辅机，形成柔性制造系统（FMS）。通过 FMS可自动更换工件和模具以及自动进行参数调节，在工作过程中不断测量。显示和记录 锻件厚度和最大压力等数据并与定值比较，选择最佳变形量以获得优质产品。由中央控制室 监控整个系统，实现无人化操作。3、机械加工技术曲轴粗加工将广泛采用数控车床、数控内铣床、数控车拉床等

4、先进设备对主轴颈、连杆轴 颈进行数控车削、内铣削、车-拉削加工，以有效减少曲轴加工的变形量。曲轴精加工将广 泛采用CNC控制的曲轴磨床对其轴颈进行精磨加工。此种磨床将配备砂轮自动动平衡装置、 中心架自动跟踪装置、自动测量、自动补偿装置、砂轮自动修整、恒线速度等功能要求，以 保证磨削质量的稳定。高精设备依赖进口的现状，估计短期内不会改变。4、热处理技术和表面强化技术（1）曲轴中频感应淬火曲轴中频感应淬火将采用微机监控闭环中频感应加热装置，具有效率高、质量稳定、运行 可控等特点。（2）曲轴软氮化对于大批量生产的曲轴来说，为了提高产品质量，今后将采用微机控制的氮基气氛气体软 氮化生产线。氮基气氛气体

5、软氮化生产线由前清洗机（清洗干燥）、预热炉、软氮化炉、冷 却油槽、后清洗机（清洗干燥）、控制系统及制气配气等系统组成。（3）曲轴表面强化技术球墨铸铁曲轴圆角滚压强化将广泛应用于曲轴加工中，另外，圆角滚压强化加轴颈表面淬 火等复合强化工艺也将大量应用于曲轴加工中，锻钢曲轴强化方式将会更多地采用轴颈加圆 角淬火处理。曲轴止推面磨削烧伤工艺分析在磨削淬火钢曲轴止推面时，可能产生以下3种烧伤：回火烧伤如果磨削区的温度未超过淬火钢的相变温度，但已超过马氏体的转变温度，止推面表层金 属的回火马氏体组织将转变成硬度较低的回火组织（索氏体或托氏体），这种烧伤称为回火 烧伤。淬火烧伤如果磨削区温度超过了相变温度

6、，再加上冷却液的急冷作用，表层金属发生二次淬火，使 表层金属出现二次淬火马氏体组织，其硬度比原来的回火马氏体的高，在它的下层，因冷却 较慢，出现了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织（索氏体或托氏体），这种烧伤称为淬 火烧伤。退火烧伤如果磨削区温度超过了相变温度，而磨削区域又无冷却液进入，表层金属将产生退火组织， 表面硬度将急剧下降，这种烧伤称为退火烧伤。在曲轴成形磨削中，多属于此种烧伤。改善磨削烧伤的途径磨削热是造成磨削烧伤的根源，故改善磨削烧伤有两个途径：一是尽可能地减少磨削热的 产生；二是改善冷却条件，尽量使产生的热量少传入工件。有沉割槽的曲轴止推轴颈在图1中，曲轴止推轴颈有较深的沉割槽，

7、而沉割槽已在以前工序加工好，在磨削时不 用磨削沉割槽，只需磨削止推轴颈和两个止推面。在这种情况下，即使是使用成形砂轮磨削， 只要使用强力冷却、合理的磨削余量和选择好砂轮参数，一般情况下可以避免磨削烧伤缺陷 的出现。在使用窄砂轮磨削止推轴颈时，可采用的方案是：调整程序和砂轮的角度磨削，使 砂轮从轴颈的右侧以斜切方式进入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；使砂轮 从轴颈的左侧以斜切方式进入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；使砂轮从轴 颈的中间快速切入磨削至要求尺寸，再快速退出。在上述磨削时，要应用强力冷却。至此， 止推轴颈及两侧面磨削完毕。无沉割槽的曲轴止推轴颈图2所示曲轴止推轴

8、颈无沉割槽，在磨削时需磨削止推轴颈和两个止推面，另外还有两 个成形圆角。在这种情况下，即使是使用窄砂轮磨削，使用强力冷却，也很难避免磨削烧伤 缺陷的出现。下面分两种磨削方式来分述解决方案：（1）成形磨削。在成形磨削中，其产生烧伤的主要原因是磨削热的大量积累和冷却液无 法进入而造成的退火烧伤，退火烧伤造成曲轴止推面硬度下降，表层产生退火组织，止推面 的耐磨性变差，严重影响发动机的运行稳定性。根据其造成烧伤的主要因素，我们分别从3 个方面入手：选择合适的砂轮、选择合理的磨削余量和改善冷却条件。选择合适的砂轮。淬火钢曲轴止推面硬度高、面积大，砂粒易磨钝。为了避免砂粒磨钝 而产生大量磨削热，砂轮硬度宜

9、选软些，以便磨钝的砂粒及时脱落，保持砂轮的自锐性。组 织较软的砂轮气孔多，其中可以容纳切屑，避免砂轮堵塞，又可将冷却液或空气带入磨削区 域，从而使磨削区域温度降低。在保证曲轴止推面粗糙度要求的前提下，宜选择较粗粒度的砂轮，以达到较高的去除比率； 另外，砂轮必须精细地平衡，以便砂轮工作时处于良好的平衡状态；砂轮必须及时修整以保 持其锋利；影响砂轮修整频次的因素很多，包括被磨材料的纯度和类型、冷却液的净度等； 修整砂轮的金刚石支座必须牢固，若金刚石表面上有0.50.6mm的磨损量，标志金刚石已 磨钝了，应及时更换；严格控制砂轮传动系统及砂轮心轴的间隙；砂轮传动带松紧调整合适。选择合理的磨削余量和磨

10、削参数。在生产实践中，常以提高工件速度，减少径向进给量 来减少工件表面烧伤和裂纹。有一种经验为0.1mm磨削法，即在最后加工的0.1mm余量 中，逐渐减少进给量，可以去掉前两次磨削行程中产生的表面损伤层，以减少磨削烧伤。根据以上理论，我们在生产实践中采用曲轴止推轴颈多工序磨削，分为粗磨、半精磨和静 磨等工序。经过多工序磨削后，曲轴止推轴颈直径余量为0.150.25mm，止推面单边余量 为0.040.07mm，成形磨削再配以强力冷却等措施，可有效避免烧伤缺陷的产生。值得一 提的是，选择合理的磨削余量，还可以防止止推面出现喇叭口形状（因防止烧伤，一般选择 较软的砂轮，余量太大，磨粒脱落较块，容易出

11、现锥面）。改善冷却条件，实施强力冷却。冷却液必须有效充分，冷却液必须喷到磨削区域；流量 一般为4045L/min，以实现充分冷却；压力一般为0.81.2N/mm2，以冲去粘在砂轮上 的切屑；保持冷却液的纯净，妥善地过滤，以清除冷却液的切屑、磨粒等脏物；冷却液的容 器要足够大，以免掺入过多的气体或泡沫；防止冷却液的温度急剧升高或降低，一般控制冷 却系统的容积和工作间的室温，就足以控制冷却液的温度，然而在特殊储况下应当使用散热 器。（2）窄砂轮磨削（砂轮宽度低于止推轴颈档宽尺寸）。在使用窄砂轮磨削中， 成形磨削采用的防烧伤措施均可应用于此种方法的磨削，只不过窄砂轮磨削在砂 轮进给方式上可有更多的选择。一种是径向切入法磨削，此种磨削如