熱處理和表面強(qiáng)化處理技術(shù)

1、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-MFD AUTOMATIC）生產(chǎn)的 機(jī)床應(yīng)用了變壓力滾壓和矯正專(zhuān)利技術(shù)，是比較好的圓角滾壓設(shè)備，但價(jià)格昂

2、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(chē)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(kāi)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

3、。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、精整液壓機(jī)精壓等先進(jìn)工藝，同 時(shí)配有機(jī)械手、輸送帶、帶回轉(zhuǎn)臺(tái)的換模裝置等輔機(jī)，形成柔性制造系統(tǒng)（FMS）。通過(guò) FMS可自動(dòng)更換工件和模具以及自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，在工作過(guò)程中不斷測(cè)量。顯示和記錄 鍛件厚度和最大壓力等數(shù)據(jù)并與定值比較，選擇最佳變形量以獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。由中央控制室 監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化操作。3、機(jī)械加工技術(shù)曲軸粗加工將廣泛采用數(shù)控車(chē)床、數(shù)控內(nèi)銑床、數(shù)控車(chē)?yán)驳?/p>

4、先進(jìn)設(shè)備對(duì)主軸頸、連桿軸 頸進(jìn)行數(shù)控車(chē)削、內(nèi)銑削、車(chē)-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(lài)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

5、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。曲軸止推面磨削燒傷工藝分析在磨削淬火鋼曲軸止推面時(shí)，可能產(chǎn)生以下3種燒傷：回火燒傷如果磨削區(qū)的溫度未超過(guò)淬火鋼的相變溫度，但已超過(guò)馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，止推面表層金 屬的回火馬氏體組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火組織（索氏體或托氏體），這種燒傷稱(chēng)為回火 燒傷。淬火燒傷如果磨削區(qū)溫度超過(guò)了相變溫度

6、，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬發(fā)生二次淬火，使 表層金屬出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，其硬度比原來(lái)的回火馬氏體的高，在它的下層，因冷卻 較慢，出現(xiàn)了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織（索氏體或托氏體），這種燒傷稱(chēng)為淬 火燒傷。退火燒傷如果磨削區(qū)溫度超過(guò)了相變溫度，而磨削區(qū)域又無(wú)冷卻液進(jìn)入，表層金屬將產(chǎn)生退火組織， 表面硬度將急劇下降，這種燒傷稱(chēng)為退火燒傷。在曲軸成形磨削中，多屬于此種燒傷。改善磨削燒傷的途徑磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷有兩個(gè)途徑：一是盡可能地減少磨削熱的 產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件。有沉割槽的曲軸止推軸頸在圖1中，曲軸止推軸頸有較深的沉割槽，

7、而沉割槽已在以前工序加工好，在磨削時(shí)不 用磨削沉割槽，只需磨削止推軸頸和兩個(gè)止推面。在這種情況下，即使是使用成形砂輪磨削， 只要使用強(qiáng)力冷卻、合理的磨削余量和選擇好砂輪參數(shù)，一般情況下可以避免磨削燒傷缺陷 的出現(xiàn)。在使用窄砂輪磨削止推軸頸時(shí)，可采用的方案是：調(diào)整程序和砂輪的角度磨削，使 砂輪從軸頸的右側(cè)以斜切方式進(jìn)入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；使砂輪 從軸頸的左側(cè)以斜切方式進(jìn)入，磨削至要求尺寸，再快速沿原角度方向斜退出；使砂輪從軸 頸的中間快速切入磨削至要求尺寸，再快速退出。在上述磨削時(shí)，要應(yīng)用強(qiáng)力冷卻。至此， 止推軸頸及兩側(cè)面磨削完畢。無(wú)沉割槽的曲軸止推軸頸圖2所示曲軸止推軸

8、頸無(wú)沉割槽，在磨削時(shí)需磨削止推軸頸和兩個(gè)止推面，另外還有兩 個(gè)成形圓角。在這種情況下，即使是使用窄砂輪磨削，使用強(qiáng)力冷卻，也很難避免磨削燒傷 缺陷的出現(xiàn)。下面分兩種磨削方式來(lái)分述解決方案：（1）成形磨削。在成形磨削中，其產(chǎn)生燒傷的主要原因是磨削熱的大量積累和冷卻液無(wú) 法進(jìn)入而造成的退火燒傷，退火燒傷造成曲軸止推面硬度下降，表層產(chǎn)生退火組織，止推面 的耐磨性變差，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。根據(jù)其造成燒傷的主要因素，我們分別從3 個(gè)方面入手：選擇合適的砂輪、選擇合理的磨削余量和改善冷卻條件。選擇合適的砂輪。淬火鋼曲軸止推面硬度高、面積大，砂粒易磨鈍。為了避免砂粒磨鈍 而產(chǎn)生大量磨削熱，砂輪硬度宜

9、選軟些，以便磨鈍的砂粒及時(shí)脫落，保持砂輪的自銳性。組 織較軟的砂輪氣孔多，其中可以容納切屑，避免砂輪堵塞，又可將冷卻液或空氣帶入磨削區(qū) 域，從而使磨削區(qū)域溫度降低。在保證曲軸止推面粗糙度要求的前提下，宜選擇較粗粒度的砂輪，以達(dá)到較高的去除比率； 另外，砂輪必須精細(xì)地平衡，以便砂輪工作時(shí)處于良好的平衡狀態(tài)；砂輪必須及時(shí)修整以保 持其鋒利；影響砂輪修整頻次的因素很多，包括被磨材料的純度和類(lèi)型、冷卻液的凈度等； 修整砂輪的金剛石支座必須牢固，若金剛石表面上有0.50.6mm的磨損量，標(biāo)志金剛石已 磨鈍了，應(yīng)及時(shí)更換；嚴(yán)格控制砂輪傳動(dòng)系統(tǒng)及砂輪心軸的間隙；砂輪傳動(dòng)帶松緊調(diào)整合適。選擇合理的磨削余量和磨

10、削參數(shù)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，常以提高工件速度，減少?gòu)较蜻M(jìn)給量 來(lái)減少工件表面燒傷和裂紋。有一種經(jīng)驗(yàn)為0.1mm磨削法，即在最后加工的0.1mm余量 中，逐漸減少進(jìn)給量，可以去掉前兩次磨削行程中產(chǎn)生的表面損傷層，以減少磨削燒傷。根據(jù)以上理論，我們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中采用曲軸止推軸頸多工序磨削，分為粗磨、半精磨和靜 磨等工序。經(jīng)過(guò)多工序磨削后，曲軸止推軸頸直徑余量為0.150.25mm，止推面單邊余量 為0.040.07mm，成形磨削再配以強(qiáng)力冷卻等措施，可有效避免燒傷缺陷的產(chǎn)生。值得一 提的是，選擇合理的磨削余量，還可以防止止推面出現(xiàn)喇叭口形狀（因防止燒傷，一般選擇 較軟的砂輪，余量太大，磨粒脫落較塊，容易出

11、現(xiàn)錐面）。改善冷卻條件，實(shí)施強(qiáng)力冷卻。冷卻液必須有效充分，冷卻液必須噴到磨削區(qū)域；流量 一般為4045L/min，以實(shí)現(xiàn)充分冷卻；壓力一般為0.81.2N/mm2，以沖去粘在砂輪上 的切屑；保持冷卻液的純凈，妥善地過(guò)濾，以清除冷卻液的切屑、磨粒等臟物；冷卻液的容 器要足夠大，以免摻入過(guò)多的氣體或泡沫；防止冷卻液的溫度急劇升高或降低，一般控制冷 卻系統(tǒng)的容積和工作間的室溫，就足以控制冷卻液的溫度，然而在特殊儲(chǔ)況下應(yīng)當(dāng)使用散熱 器。（2）窄砂輪磨削（砂輪寬度低于止推軸頸檔寬尺寸）。在使用窄砂輪磨削中， 成形磨削采用的防燒傷措施均可應(yīng)用于此種方法的磨削，只不過(guò)窄砂輪磨削在砂 輪進(jìn)給方式上可有更多的選擇。一種是徑向切入法磨削，此種磨削如