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曲軸是汽車發(fā)動機的關(guān)鍵部件之一，其性能好壞直接影響汽車的壽命。曲軸工作時承受著大負(fù)荷和不斷變化的彎矩及扭矩作用，常見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度以及良好的耐磨性能。

曲軸的工作原理：

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

發(fā)動機主要受力零件曲軸其疲勞破壞最常見的是金屬疲勞破壞，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)動機曲軸材質(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化處理來提高曲軸的抗疲勞強度、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內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。統(tǒng)計資料表明，車用發(fā)動機曲軸采用球墨鑄鐵材質(zhì)的比例在美國為 90%，英國為 85%，日本為 60%，此外，德國、比利時等國家也已經(jīng)大批量采用。國內(nèi)采用球墨鑄鐵曲軸的趨勢則更加明顯，中小型功率柴油機曲軸 85%以上采用球墨鑄鐵，功率在160kW 以上的發(fā)動機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 等幾種牌號后，廣西玉柴等經(jīng)過攻關(guān)已能穩(wěn)定生產(chǎn) QT800-6 牌號的曲軸，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，在國內(nèi)鐵水成分的檢測已普遍采用真空直讀光譜儀來進(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反彈變形量等特點，這對于多拐曲軸尤為重要。目前，國內(nèi)已有一些曲軸生產(chǎn)廠家從德國、意大利、西班牙等國引進(jìn)氣流沖擊造型工藝，不過，引進(jìn)整條生產(chǎn)線的只有極少數(shù)廠家，如文登天潤曲軸有限公司引進(jìn)了德國KW 鑄造生產(chǎn)線。

2、鋼曲軸毛坯的鍛造技術(shù)

近幾年來，國內(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。從總體上來講，需改造和更新的陳舊的普通鍛造設(shè)備多，同時，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、機械加工技術(shù)

目前國內(nèi)曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機床和專用機床組成，生產(chǎn)效率和自動化程度相對較低。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，各廠家已意識到了形勢的嚴(yán)峻性，紛紛進(jìn)行技術(shù)改造，全力提升企業(yè)的競爭力，近年來引進(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、熱處理和表面強化處理技術(shù)

曲軸的熱處理關(guān)鍵技術(shù)是表面強化處理。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 全自動曲軸淬火機床、EMA 淬火機床等。

據(jù)國外資料介紹，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)合強化，可使整條曲軸的抗疲勞強度提高 130%以上。國內(nèi)部分廠家近幾年也進(jìn)行了這方面的實踐，取得了良好的效果。

曲軸圓角滾壓加工方面，德國赫根塞特（HEGENSCHEIDT-MFDAUTOMATIC）生產(chǎn)的機床應(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，但價格昂貴。目前國內(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“曲軸圓角滾壓強化與滾壓校直技術(shù)研究開發(fā)及應(yīng)用”解決了國內(nèi)企業(yè)化巨資引進(jìn)國外技術(shù)的問題，該課題獲得了原國家機械工業(yè)局科技進(jìn)步二等獎。

曲軸制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

1、鑄造技術(shù)

（1）熔煉

對于高牌號鑄鐵的熔化，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。熔化過程的各參數(shù)實現(xiàn)微機控制和屏幕顯示。

（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)，實現(xiàn)自動組芯和下芯。

2、鍛造技術(shù)

以熱模鍛壓力機、電液錘為主機的自動線是鍛造曲軸生產(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)驳认冗M(jìn)設(shè)備對主軸頸、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 控制的曲軸磨床對其軸頸進(jìn)行精磨加工。

此種磨床將配備砂輪自動動平衡裝置、中心架自動跟蹤裝置、自動測量、自動補償裝置、砂輪自動修整、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，估計短期內(nèi)不會改變。

4、熱處理技術(shù)和表面強化技術(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、運行可控等特點。

（2）曲軸軟氮化

對于大批量生產(chǎn)的曲軸來說，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，今后將采用微機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（清洗干燥）、預(yù)熱爐、軟氮化爐、冷卻油槽、后清洗機（清洗干燥）、控制系統(tǒng)及制氣配氣等系統(tǒng)組成。

（3）曲軸表面強化技術(shù)

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

曲軸斷裂的主要原因：

（1）機油長期使用變質(zhì)；嚴(yán)重的超載、超掛，造成發(fā)動機長期超負(fù)荷運行而出現(xiàn)燒瓦事故。由于發(fā)動機燒瓦，曲軸受到嚴(yán)重磨損。

（2）發(fā)動機修好后，裝車沒經(jīng)過磨合期，即超載超掛，發(fā)動機長期超負(fù)荷運行，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，破壞了曲軸的動力平衡，又沒有做平衡校驗，不平衡量超標(biāo)，引起發(fā)動機較大的振動，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)動機經(jīng)常在扭振臨界轉(zhuǎn)速內(nèi)行，減振器失效，也會造成曲軸扭轉(zhuǎn)振動疲勞破壞而斷裂。

曲軸的維修注意事項：

（1）在曲軸修理過程中，應(yīng)仔細(xì)檢查曲軸有無裂紋、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渡圓角處，以及軸頸中的油孔處。

（3）維修裝復(fù)曲軸時應(yīng)保證飛輪的運轉(zhuǎn)平衡。

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