曲軸制造的定義及維修故障解決方法

曲軸是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其性能好壞直接影響汽車的壽命。曲軸工作時(shí)承受著大負(fù)荷和不斷變化的彎矩及扭矩作用，常見(jiàn)的失效形式為彎曲疲勞斷裂及軸頸磨損，因此要求曲軸材質(zhì)具有較高的剛性和疲勞強(qiáng)度以及良好的耐磨性能。

曲軸的工作原理：

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中最典型、最重要的零件之一，其功用是將活塞連桿傳遞來(lái)的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，作為動(dòng)力而輸出做功，驅(qū)動(dòng)器他工作機(jī)構(gòu)，并帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)輔助裝備工作。

發(fā)動(dòng)機(jī)主要受力零件曲軸其疲勞破壞最常見(jiàn)的是金屬疲勞破壞，即彎曲疲勞破壞和扭轉(zhuǎn)疲勞破壞，前者的發(fā)生概率大于后者。彎曲疲勞裂紋首先產(chǎn)生在連桿軸頸(曲柄銷)或主軸頸圓角處，然后向曲柄臂發(fā)展。扭轉(zhuǎn)疲勞裂紋產(chǎn)生于加工不良的油孔或圓角處，然后向與軸線成方向發(fā)展。金屬疲勞破壞是由于隨時(shí)間周期性變化的變應(yīng)力作用的結(jié)果。曲軸破壞的統(tǒng)計(jì)分析表明，80%左右是彎曲疲勞產(chǎn)生的。

曲軸制造工藝：

目前車用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸材質(zhì)有球墨鑄鐵和鋼兩類。由于球墨鑄鐵的切削性能良好，可獲得較理想的結(jié)構(gòu)形狀，并且和鋼質(zhì)曲軸一樣可以進(jìn)行各種熱處理和表面強(qiáng)化處理來(lái)提高曲軸的抗疲勞強(qiáng)度、硬度和耐磨性。球墨鑄鐵曲軸成本只有調(diào)質(zhì)鋼曲軸成本的1/3左右，所以球墨鑄鐵曲軸在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。統(tǒng)計(jì)資料表明，車用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸采用球墨鑄鐵材質(zhì)的比例在美國(guó)為90%，英國(guó)為85%，日本為60%，此外，德國(guó)、比利時(shí)等國(guó)家也已經(jīng)大批量采用。國(guó)內(nèi)采用球墨鑄鐵曲軸的趨勢(shì)則更加明顯，中小型功率柴油機(jī)曲軸85%以上采用球墨鑄鐵，功率在160kW以上的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸多采用鍛鋼曲軸。

曲軸制造技術(shù)：

1、球墨鑄鐵曲軸毛坯鑄造技術(shù)

球墨鑄鐵曲軸的生產(chǎn)繼QT800-2、QT900-2等幾種牌號(hào)后，廣西玉柴等經(jīng)過(guò)攻關(guān)已能穩(wěn)定生產(chǎn)QT800-6牌號(hào)的曲軸，為曲軸“以鐵代鋼”奠定了基礎(chǔ)。

(1)熔煉

高溫低硫純凈鐵水的獲得是生產(chǎn)高質(zhì)量球墨鑄鐵的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)主要是以沖天爐為主的生產(chǎn)設(shè)備，鐵水未進(jìn)行預(yù)脫硫處理;其次是高純生鐵少、焦炭質(zhì)量差。

目前已采用雙聯(lián)外加預(yù)脫硫的熔煉方法，采用沖天爐熔化鐵水，經(jīng)爐外脫硫，然后在感應(yīng)電爐中升溫并調(diào)整成分。目前，在國(guó)內(nèi)鐵水成分的檢測(cè)已普遍采用真空直讀光譜儀來(lái)進(jìn)行。

(2)造型

氣流沖擊造型工藝明顯優(yōu)于粘土砂型工藝，可獲得高精度的曲軸鑄件，該工藝制作的砂型具有無(wú)反彈變形量等特點(diǎn)，這對(duì)于多拐曲軸尤為重要。目前，國(guó)內(nèi)已有一些曲軸生產(chǎn)廠家從德國(guó)、意大利、西班牙等國(guó)引進(jìn)氣流沖擊造型工藝，不過(guò)，引進(jìn)整條生產(chǎn)線的只有極少數(shù)廠家，如文登天潤(rùn)曲軸有限公司引進(jìn)了德國(guó)KW鑄造生產(chǎn)線。

2、鋼曲軸毛坯的鍛造技術(shù)

近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)已引進(jìn)了一批先進(jìn)的鍛造設(shè)備，但由于數(shù)量少，加之模具制造技術(shù)和其他一些設(shè)施跟不上，使一部分先進(jìn)設(shè)備未發(fā)揮應(yīng)有的作用。從總體上來(lái)講，需改造和更新的陳舊的普通鍛造設(shè)備多，同時(shí)，落后的工藝和設(shè)備仍占據(jù)主導(dǎo)地位，先進(jìn)技術(shù)有所應(yīng)用但還不普遍。

3、機(jī)械加工技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度相對(duì)較低。粗加工設(shè)備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。一般精加工采用MQ8260等曲軸磨床粗磨-半精磨-精磨-拋光，通常靠手工操作，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。

隨著貿(mào)易全球化的到來(lái)，各廠家已意識(shí)到了形勢(shì)的嚴(yán)峻性，紛紛進(jìn)行技術(shù)改造，全力提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，近年來(lái)引進(jìn)了許多先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，進(jìn)展速度很快。就目前狀況來(lái)講，這些設(shè)備和技術(shù)基本依賴進(jìn)口。

4、熱處理和表面強(qiáng)化處理技術(shù)

曲軸的熱處理關(guān)鍵技術(shù)是表面強(qiáng)化處理。球墨鑄鐵曲軸一般均采用正火處理，為表面處理做好組織準(zhǔn)備，表面強(qiáng)化處理一般采用感應(yīng)淬火或氮化工藝。鍛鋼曲軸則采用軸頸與圓角淬火工藝。引進(jìn)的設(shè)備有AEG全自動(dòng)曲軸淬火機(jī)床、EMA淬火機(jī)床等。

據(jù)國(guó)外資料介紹，球墨鑄鐵曲軸采用圓角滾壓工藝與離子氮化結(jié)合使用進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化，可使整條曲軸的抗疲勞強(qiáng)度提高130%以上。國(guó)內(nèi)部分廠家近幾年也進(jìn)行了這方面的實(shí)踐，取得了良好的效果。

曲軸圓角滾壓加工方面，德國(guó)赫根塞特(HEGENSCHEIDT-MFDAUTOMATIC)生產(chǎn)的機(jī)床應(yīng)用了變壓力滾壓和矯正專利技術(shù)，是比較好的圓角滾壓設(shè)備，但價(jià)格昂貴。目前國(guó)內(nèi)在這方面的研究也有了一定的成果，東風(fēng)汽車有限公司工藝研究所的“曲軸圓角滾壓強(qiáng)化與滾壓校直技術(shù)研究開發(fā)及應(yīng)用”解決了國(guó)內(nèi)企業(yè)化巨資引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的問(wèn)題，該課題獲得了原國(guó)家機(jī)械工業(yè)局科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

曲軸制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1、鑄造技術(shù)

(1)熔煉

對(duì)于高牌號(hào)鑄鐵的熔化，將采用大容量中頻爐進(jìn)行熔煉或變頻中頻爐熔煉，并采用直讀光譜儀檢測(cè)鐵水成分。球墨鑄鐵處理采用轉(zhuǎn)包，研制新品種球化劑，采用隨流孕育、型內(nèi)孕育及復(fù)合孕育等先進(jìn)孕育方法。熔化過(guò)程的各參數(shù)實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制和屏幕顯示。

(2)造型

消失模鑄造將得到發(fā)展和推廣。在砂型鑄造中，無(wú)箱射壓造型和擠壓造型將受到重視并繼續(xù)在新建廠或改建廠中推廣應(yīng)用。原有的高壓造型線將繼續(xù)使用，其中部分關(guān)鍵元件將得到改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組芯和下芯。

2、鍛造技術(shù)

以熱模鍛壓力機(jī)、電液錘為主機(jī)的自動(dòng)線是鍛造曲軸生產(chǎn)的發(fā)展方向，這些生產(chǎn)線將普遍采用精密剪切下料、輥鍛(楔橫軋)制坯、中頻感應(yīng)加熱等。

3、機(jī)械加工技術(shù)

曲軸粗加工將廣泛采用數(shù)控車床、數(shù)控內(nèi)銑床、數(shù)控車?yán)�床等先進(jìn)設(shè)備對(duì)主軸頸、連桿軸頸進(jìn)行數(shù)控車削、內(nèi)銑削、車-拉削加工，以有效減少曲軸加工的變形量。曲軸精加工將廣泛采用CNC控制的曲軸磨床對(duì)其軸頸進(jìn)行精磨加工。

此種磨床將配備砂輪自動(dòng)動(dòng)平衡裝置、中心架自動(dòng)跟蹤裝置、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)補(bǔ)償裝置、砂輪自動(dòng)修整、恒線速度等功能要求，以保證磨削質(zhì)量的穩(wěn)定。高精設(shè)備依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，估計(jì)短期內(nèi)不會(huì)改變。

4、熱處理技術(shù)和表面強(qiáng)化技術(shù)

(1)曲軸中頻感應(yīng)淬火

曲軸中頻感應(yīng)淬火將采用微機(jī)監(jiān)控閉環(huán)中頻感應(yīng)加熱裝置，具有效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、運(yùn)行可控等特點(diǎn)。

(2)曲軸軟氮化

對(duì)于大批量生產(chǎn)的曲軸來(lái)說(shuō)，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，今后將采用微機(jī)控制的氮基氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線。氮基氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線由前清洗機(jī)(清洗干燥)、預(yù)熱爐、軟氮化爐、冷卻油槽、后清洗機(jī)(清洗干燥)、控制系統(tǒng)及制氣配氣等系統(tǒng)組成。

(3)曲軸表面強(qiáng)化技術(shù)

球墨鑄鐵曲軸圓角滾壓強(qiáng)化將廣泛應(yīng)用于曲軸加工中，另外，圓角滾壓強(qiáng)化加軸頸表面淬火等復(fù)合強(qiáng)化工藝也將大量應(yīng)用于曲軸加工中，鍛鋼曲軸強(qiáng)化方式將會(huì)更多地采用軸頸加圓角淬火處理。

曲軸斷裂的主要原因：

(1)機(jī)油長(zhǎng)期使用變質(zhì);嚴(yán)重的超載、超掛，造成發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行而出現(xiàn)燒瓦事故。由于發(fā)動(dòng)機(jī)燒瓦，曲軸受到嚴(yán)重磨損。

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)修好后，裝車沒(méi)經(jīng)過(guò)磨合期，即超載超掛，發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，使曲軸負(fù)荷超出容許的極限。

(3)在曲軸的修理中采用了堆焊，破壞了曲軸的動(dòng)力平衡，又沒(méi)有做平衡校驗(yàn)，不平衡量超標(biāo)，引起發(fā)動(dòng)機(jī)較大的振動(dòng)，導(dǎo)致曲軸的斷裂。

(4)由于路況不佳，車輛又嚴(yán)重超載超掛，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在扭振臨界轉(zhuǎn)速內(nèi)行，減振器失效，也會(huì)造成曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)疲勞破壞而斷裂。

曲軸的維修注意事項(xiàng)：

(1)在曲軸修理過(guò)程中，應(yīng)仔細(xì)檢查曲軸有無(wú)裂紋、彎曲、扭曲等缺陷，和主軸瓦與連桿軸瓦的磨損情況，保證主軸頸與主軸瓦、連桿軸頸與連桿軸瓦之間的配合間隙在允許范圍之內(nèi)。

(2)曲軸裂紋多發(fā)生在曲柄臂與軸頸之間的過(guò)渡圓角處，以及軸頸中的油孔處。

(3)維修裝復(fù)曲軸時(shí)應(yīng)保證飛輪的運(yùn)轉(zhuǎn)平衡。

(4)內(nèi)燃機(jī)發(fā)生了燒瓦、搗缸等重大事故后，要對(duì)曲軸進(jìn)行全面的檢修。