曲轴热处理工艺分析研究.docx

    曲轴热处理工艺分析研究    摘要：作为汽车发动机的核心部件，曲轴的质量与发动机的性能密切相关，曲轴长期工作在高温、高压的发动机箱体内，承受各种急剧变化的载荷，因此，对曲轴的质量要求较高曲轴加工制造过程中最重要的环节就是热处理加工环节，热处理工艺对提高曲轴表面的强度、耐磨性以及曲轴内部芯部的质量有着十分重要的影响主要针对汽车曲轴的热处理加工工艺与热处理工艺环节的关键技术做出分析与研究，为曲轴热处理加工环节的工作提供一定的参考关键词：曲轴热处理工艺研究随着我国经济的不断发展，人们在日常生活中对汽车的需求量也越来越大汽车关键部件包括发动机、底盘、变速箱，其中发动机中的曲轴质量对发动机的运转影响最大，曲轴加工中最重要、最复杂的制造环节是曲轴的热处理工艺热处理工艺是通过对零件进行加热、保温、冷却等手段，改变零件材料内部的组织结构，提高零件表面的强度和硬度，增强零件的耐磨性，提高零件的质量由于曲轴长期工作在高温、高压的环境下，且长期处于高速旋转的状态下，为了防止曲轴在运转过程中产生损坏、变形等情况，因此对曲轴表面和应力集中位置的强度要求较高，否则影响汽车发动机的正常工作，无法保证汽车的平稳运行。

1.曲轴材料国内通常所用的曲轴材料为球墨铸铁、45钢、50Mn、40Cr、35CrMo、42CrMo等球墨铸铁是制造曲轴最常见的材料，其综合性能良好，可适应曲轴工作状态下的高温、高压环境45钢是机械零件中最常用的中碳调质钢，其综合力学性能良好；50Mn属于高强度中碳结构钢，其冷变形能力低、脆性较大，不易使用切削加工使其成型；40Cr通常用做齿轮材料，其经过调制处理后，具有良好的综合力学性能，表面具有足够的硬度和耐磨性，芯部韧性较高，可承受重载和频繁冲击；35CrMo具有较高的静态强度、冲击韧性以及较高的疲劳强度，通常用在机械设备中的重要零部件中；42CrMo与35CrMo性能相近，由于材料中碳含量增高，42CrMo的强度较35CrMo有所提高，经过调制处理后具有较好的抗冲击能力和较高的疲劳强度2.曲轴制造工艺曲轴材料的不同，曲轴的制造工艺也相应具有较大的差异以球墨铸铁为材料制造的曲轴无法通过锻压的方式制成毛坯，只能通过铸造工艺实现毛坯的制造，将铸造完成的毛坯加热，再进行锻造等加工其工艺流程如下：铸造毛坯→锻造曲轴形状（锻造时将棒料烧红后通过多道锻模，锻成多拐平面状，在红热状态下最后一道工序将各拐拧转到相应的角度）→车定位面（在普通车床上找出主轴颈的中心，车两端定位面）→车曲轴轴颈→车连杆轴颈（在专用车床上，刀架跟随连杆轴颈一边旋转一边进刀，一次同时车两个同角度的连杆轴颈，试制或非批量生产是在普通车床的卡盘上做一个偏心夹具，把连杆轴颈作为旋转中心）→钻油道孔（曲轴从主轴颈到拐臂到连杆轴颈内部都有润滑油道，是用专用设备进行深孔钻）→高频淬火（对主轴颈和连杆轴颈进行淬火，提高表面硬度）→磨主轴颈（主轴颈需要进行磨削加工）→磨连杆轴颈（李媛媛精密的专用曲轴磨床，自动边测量边磨削，精度是按0.01毫米控制）→其他加工（飞轮连接键槽，回油槽，螺纹等等）→动平衡并去重（利用动平衡测试设备对曲轴旋转时的动平衡状态进行检测，将查出超重的拐臂毛坯部位钻削去重，使曲轴在高速运转过程中处于动平衡状态）。

上述工艺都有针对每个步骤的加工设备，其控制程序和加工参数根据曲轴的具体要求设定，操作者只需进行工件的上下料即可3.曲轴热处理工艺本节以42CrMo为材料的曲轴热处理加工为例，从对曲轴材料的优化和对曲轴各个部位热处理工艺两个方面详细阐述了曲轴的热处理加工过程1）曲轴热处理工艺难点曲轴中对外力最敏感的部位是曲轴的台阶连接处，以及各个圆角位置因此在保证曲轴整体热加工质量的基础上对上述关键部位进行单独处理，保证其强度和硬度热处理工艺中经常出现由于加热温度与冷却时机把握不准确而出现的工件表面出现裂缝的现象，导致工件报废；此外，由于曲轴结构较为复杂，各位置处的材料分布不均匀，导致在对曲轴进行整体处理时，曲轴不同位置处的材料力学性能和材料的强度不一致另外，曲轴属于细长轴，由于热处理工艺导致曲轴产生热变形，使曲轴丧失了原有的尺寸精度，无法满足实际需求2）曲轴热处理工艺曲轴材料为了实现曲轴热处理加工过程，首先需要从零件的材料进行优化，为了防止零件表面在热处理之后出现裂缝，在材料中加入合金元素，细化材料的组织结构，提高材料的韧性，在零件材料制造过程中严格控制材料内部的组织结构，通过无损检测技术检查材料内部是否含有杂质。

图1卧式调质设备吊装与支撑示意图调质工艺开发调质工艺的改进是为了保证曲轴材料的力学性能，防止零件表面出现裂痕和由于加热产生的热变形如图1所示，利用卧式调质设备对曲轴进行调质处理，将曲轴水平放入卧式调质设备的加热炉中，对曲轴进行加热、保温处理，在进行曲轴的淬火时利用专用的吊装设备经曲轴移送至冷却池中，进行淬火处理并根据生产加工工艺要求，计算出冷却所需时间为了保证曲轴在调质后的力学性能，采用清水作为冷却介质，由于直接将曲轴放入冷却池中会导致曲轴表面产生裂痕，因此，根据油冷、水冷和空冷三种冷却方式的特点对曲轴进行多介质混合冷却，保证曲轴表面的质量曲轴轴颈热处理工艺曲轴轴颈处形状变化较大，尽管在制造毛坯的时候设计了过渡圆弧，但由于曲轴轴颈处应力集中明显，容易出现断裂，因此，在轴颈处单独采用中频感应淬火工艺加深曲轴轴颈处的硬化层的厚度、硬度以及圆角半径的强度同时还要防止出现淬火裂纹和热变形4.结论曲轴热处理工艺是保证发动机正常运转的关键技术之一，它不仅影响曲轴的加工质量和加工成本，也间接促进了热处理工艺和材料技术的发展尽管国内汽车行业发展迅速，但曲轴质量与国外同类产品相比仍存在较大的差距，无法生产高质量的曲轴，严重阻碍了我国汽车行业的发展。

对冲曲轴热处理工艺技术的研究对我国汽车行业和发动机行业的发展具有重要意义，借鉴国外先进技术，并不断投入研发人员，一定可以实现高质量的汽车曲轴的制造，打破国外技术垄断参考文献：[1]陈世英，苏程，周磊.SAE5046钢机车曲轴热处理工艺[J].金属加工（热加工），2014（9）：66-68.[2]刘红枫，黄浩.42CrMo电渣熔铸曲轴热处理正交工艺参数及组织与力学性能研究[J].金属加工：热加工，2012（S2）：187-191.[3]李蒙.热处理工艺对球墨铸铁曲轴组织和性能的影响[J].铸造技术，2010，31（3）：269-270.[4]李继山，廖日东，陈国华.42CrMo钢曲轴电磁感应加热过程奥氏体化[J].材料热处理学报，2015，36（1）.[5]张云鹭.感应热处理工艺数值分析与快速奥氏体化动力学研究[D].上海交通大学，2013.[6]徐洪波，宋美虹，李璐，等.45钢重型卡车曲轴的表面强化处理[J].金属热处理，2010，35（3）：116-118.  -全文完-。