曲轴
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曲轴平衡重(也称配重)的作用是为了平衡旋转离心力及其力矩,有时也可平衡往复惯性力及其力矩。当这些力和力矩自身达到平衡时,平衡重还可用来减轻主轴承的负荷。平衡重的数目、尺寸和安置位置要根据发动机的气缸数、气缸排列形式及曲轴形状等因素来考虑。平衡重一般与曲轴铸造或锻造成一体,大功率柴油机平衡重与曲轴分开制造,然后用螺栓连接在一起。
曲轴主要由曲轴前端(或称自由端)、连杆轴颈、主轴颈、曲柄、平衡块和曲轴后端凸缘(或称功率输出端)组成。曲轴前端装有曲轴正时齿轮,后端装有飞轮(有些发动机还设有平衡块)。
按照曲轴的主轴颈数,可以把曲轴分为全支承曲轴和非全支承曲轴两种;按其结构形式,可分为整体锻造、整体铸造和组合式三种;按材料不同,可分为球墨铸铁和钢质两种。
据《中国曲轴行业市场前瞻与投资预测分析报告前瞻》数据显示,国内
高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球墨铸铁的关键。中国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。目前已采用双联外加预脱硫的熔炼方法,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。目前,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。
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。目前,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,如文登天润曲轴有限公司引进了德国KW铸造生产线。
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。
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。
当今的汽车发动机曲轴制造业面临的却是以下几个问题:
1、多品种、小批量生产;
2、交货期大大缩短;
3、降低生产成本;
4、难切削材料的出现使加工难度明显增加,加工中提出了许多需要解决的课题,如硬切削;
5、为保护环境,要求少用或不用切削液,即实现干式切削或准干式切削;正是基于以上情况,进入21世纪以来,高速、高精、高效的复合加工技术及装备在汽车曲轴制造业中得到了迅速的应用,生产效率得到了很大提高,因此发动机曲轴生产线中生产设备数量得以减少。
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