曲轴材料、机械工艺和特种工艺的发展动向.pdf

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1、龚玉霞苏铁熊徐燕茹李慧：曲轴材料、机械工艺和特种工艺的发展动向2l曲轴材料、机械工艺和特种工艺的发展动向TheDevelopmentTrendofCrankshaftMaterials，MachineryTechnologyandSpecialArts龚玉霞苏铁熊徐燕茹李慧(中北大学)[摘要]随着内燃机行业的发展，要求曲轴性能优质化、轻量化。本文介绍曲轴材料发展，着重论述目前典型新型材料等温淬火球铁和非调质钢；论述了曲轴机械加工和特种加工工艺，指出曲轴圆角滚压关键参数设计的研究和取得成果。[关键词]曲轴材料工艺圆角滚压引言曲轴是柴油机上的关键

2、零件之一．它承受着强大的方向不断变化的弯矩及扭矩，同时经受着长时间高速运转的磨损。现代柴油机曲轴承受的爆发压力越来越高、旋转速度越来越快、输出功率越来越大。为确保柴油机运转可靠，对制造曲轴的材料及工艺的要求也在不断地提高。本文主要对曲轴的材料、工艺的发展进行了一些探讨。1曲轴材料发展曲轴在选料时，机械性能应具有较高的疲劳强度、必要的轴颈表面硬度以及较好的循环韧性(内摩擦所消耗功)的和淬透性。在二战之前国外发动机用的曲轴都是合金钢锻造曲轴，直到20世纪50年代中后期球墨铸铁铸造曲轴才能达到要求的机械强度，由此铸造曲轴开始应用。由于战争导致缺乏材

3、料，并且球墨铸铁具有良好的耐磨性、减振性和工艺性能。球墨铸铁曲轴比锻钢曲轴成本降低50％一80％，加工工时减少30％一50％，毛坯重量减轻，耐磨性改善。目前曲轴毛坯的制造方法有锻造和铸造两种，锻造毛坯采用钢材，如优质碳素钢、低合金钢、合金钢等；铸造毛坯采用球墨铸铁为多。随着材料科学技术的发展．很多新型材料不断涌现并用于制造曲轴。典型的可用于大批量生产的新型曲轴材料有等温淬火球铁(ADI)和非调质钢。1．1等温淬火球铁(ADI)等温淬火球铁英文为AustemperedDuctileIron。简写为ADI。ADI是70年代后期和80年代初期发展起

4、来的一种新型球墨铸铁。被誉为近20多年来铸铁冶金中最重要的成就在性能上ADI是一种高强度、高韧性、高耐磨性以外还具有很高的疲劳强度，A．DI的疲劳强度为350—500MPa，与普通牌号球铁相比，相同的伸长率。其强度使普通牌号的二倍，疲劳强度高是基体中存在大量的残余奥氏体。而且奥氏体与贝氏体相问排列，当零件受交变载荷作用，导致奥氏体相变后形成马氏体，强度硬度提高，并且大量的奥氏体对与采用ADI制造的曲轴进行滚压强化就十分有益。目前球墨铸铁曲轴，无论在国内还是国外都占主要地位，而ADI的问世，其良好的性能特别是很高的疲劳强度。十分有利于扩大球铁在

5、曲轴中的应用。此外增压发动机的设计和制造对曲轴材料的性能提出了更高的要求．ADI的应用与增压发动机发展的趋势是相适应的．ADI拓展了发动机曲轴材料的选择范围，推动了曲轴材料的发展【lJ。1．2非调质钢非调质钢是借鉴了微合金钢的生产经验，通过控轧、控冷工艺，使钢材在锻后就达到使用所要求的力学性能，以取消能耗费用很高的调质处理(淬火+高温回火)这一工序。在非调质钢的生产中省去调质T艺后，不但节约了人力资源、缩短了生产周期和汽车减重，而且大量减少了能源的消耗．并避免了调质过程产生的污染和提高汽车发动机制造水平保障整擎陛能的关键。1944年日本绝大多

6、数汽车制造企业已经开始取消调质处理工艺，完全采用非调质钢制造，并且用量逐年上升。1995年。日本六大汽车公司采用的特内燃机与配件2011年第5期殊钢中非调质钢占12．4％。每月消耗1．76万吨。2004年，13本汽车用特殊钢用量达到319万吨．其中非调质钢用量为204万吨，所占比例达到64％121。我国非调质钢的研究和开发，比德国、瑞典等欧洲国家和13本晚．但也取得了一些成果．东风汽车公司研制48MnV制造康明斯发动机非调质曲轴，48MnV钢材由大冶钢厂和抚顺钢厂研制和提供。上海汽车锻件总厂采用49MnVS3制造桑塔纳轿车非调质曲轴，长安汽车

7、有限公司与上海汽车锻造总厂合作采用49MnVS3制造长安微车发动机非调质曲轴，49MnVS3钢材由上海第五钢厂研制和提供。2曲轴机械加工工艺发展国内大部分专业厂家普遍机床和通机床和专用组合机床组成的流水线生产。生产效率、自动化程度较低。粗加工设备多采用Sl一206、Sl一217或S1～130车主支承颈及连杆销颈。工序质量的稳定性较差，难以达到合理加工余量。外圆的磨销余量一般单边余量留0．5～0．8rnm；止推面留单边余量0．3～0．4mm，为保证成品尺寸，采取多次磨削方式。一般精加工采用MQ8260曲轴磨床粗磨一半精磨一精磨一抛光。通常靠手工

8、操作，加工质量不稳定。废品。八五期间以后，部分企业曾先后引进了数控内铣床铣主支承颈和曲柄销颈，数控磨床磨削和车拉工艺等。数控砂带抛光机等设备，使曲轴的机加工水平提高