【汽车曲轴知识】1

引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。是发动机上的一个重要的机件，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位:主轴颈，连杆颈，(还有其他)。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指与连杆大头轴瓦与曲轴连杆颈的润滑和两头固定点的润滑. 曲轴的旋转是发动机的动力源。也是整个机械系统的源动力。

发展

国内汽车需求旺盛、全球汽车市场中心向发展中国家转移、汽车零部件采购日益全球化等等因素促进了中国整体汽车市场愈发作为中国工业发展支柱产业的地位。从2007-2010年，中国曲轴总产量分别为477万、642万、2633万和3100万支，其中剔除摩托车等单缸发动机曲轴，仍然达到450万、575万、1032万和1400万支。

中国高速增长的汽车工业为车用曲轴提供了广阔的市场空间。2010年，中国汽车产销分别为1826.47万辆和1806.19万辆，同比增长32.44%和32.37%。其中:乘用车产销1389.71万辆和1375.78万辆，同比增长33.83%和33.17%;商用车产销436.76万辆和430.41万辆，同比增长28.19%和29.90%。

2010年全年，累计完成发动机产销1690.95万台和1702.59万台，比上年分别增长27.44%和29.73%。其中，柴油发动机累计完成产销393.55万台和399.27万台，比上年分别增长25.03%和30.36%，汽油发动机累计完成1296.59万台和1302.52万台，比上年分别累计增长28.19%和29.55%。预计2011年我国发动机市场销量将达到约1934万辆，同比增长约13.63%。而作为发动机的核心部件，曲轴的销售量与发动机产销量密切相关。发动机产销量的变化反映了曲轴市场需求量的变动情况。

毛坯铸造

熔炼

高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球墨铸铁的关键。国内主要是以冲天炉为主的生产设备，铁水未进行预脱硫处理;其次是高纯生铁少、焦炭质量差。采用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成分。在国内铁水成分的检测已普遍采用真空直读光谱仪来进行。

造型

气流冲击造型工艺明显优于粘土砂型工艺，可获得高精度的曲轴铸件，该工艺制作的砂型具有无反弹变形量等特点，这对于多拐曲轴尤为重要。国内已有一些曲轴生产厂家从德国、意大利、西班牙等国引进气流冲击造型工艺，不过，引进整条生产线的只有极少数厂家。

锻造概述

国内已引进了一批先进的锻造设备，但由于数量少，加之模具制造技术和其他一些设施跟不上，使一部分先进设备未发挥应有的作用。从总体上来讲，需改造和更新的陈旧的普通锻造设备多，同时，落后的工艺和设备仍占据主导地位，先进技术有所应用但还不普遍。

机械加工

目前国内曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及拐颈，工序的质量稳定性差，容易产生较大的内应力，难以达到合理的加工余量。一般精加工采用MQ8260等曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光，通常靠手工操作，加工质量不稳定。

随着贸易全球化的到来，各厂家已意识到了形势的严峻性，纷纷进行技术改造，全力提升企业的竞争力，进展速度很快。这些设备和技术基本依赖进口。

强化处理

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。

铸造技术

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。

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。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。

电渣熔铸

铸钢材质曲轴在三焱公司已投入批量生产，将电渣重熔技术应用于曲轴的生产，使铸造曲轴性能可能和锻造性能媲美。并具有研发周期快，金属利用率高，设备简单，产品性能优越等特点。

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曲轴展方向，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。

此锻造方法锻造的曲轴，具有内部金属流线的全纤维性，可以提高20%以上的疲劳强度。

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。

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。

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

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。