曲軸是柴油機(jī)重要的零部件，它傳遞著汽車運(yùn)動(dòng)所必需的力和力矩。由于曲軸在裝配過程中，與軸互間的配合有一定要求，故對(duì)主軸頸跳動(dòng)要求較高，以免在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)生曲軸的“抱瓦”或“燒瓦”等質(zhì)量事故。
　　我廠（云南內(nèi)燃機(jī)廠）曲軸長期以來一直存在著氮化后跳動(dòng)超差率（跳動(dòng)＞0.08mm的百分率）高（達(dá)20%～40%之多）的質(zhì)量問題。在開始的一段時(shí)間內(nèi)，多數(shù)人堅(jiān)持認(rèn)為，引起該質(zhì)量問題的主要是在曲軸的氮化或機(jī)加工階段。但是從機(jī)加工和氮化方面，我們通過提高加工要求（氮化前曲軸第三主軸頸的跳動(dòng)用國產(chǎn)設(shè)備加工控制在0.05mm以內(nèi)，國外設(shè)備則控制在0.03mm以內(nèi)）、嚴(yán)格控制氮化工藝參數(shù)、嚴(yán)格校核氮化爐控溫儀表及嚴(yán)格工藝紀(jì)律檢查，均未解決此質(zhì)量問題。

1　曲軸氮化后跳動(dòng)超差率高的原因

　　為尋找我廠曲軸氮化后跳動(dòng)超差率高的真正原因及解決措施，自1997年下半年起，我們先后作了上千根曲軸的多種對(duì)比工藝實(shí)驗(yàn)及全國同行業(yè)的大量調(diào)研工作。通過對(duì)這些工藝實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及調(diào)研結(jié)果的綜合分析得出：引起我廠曲軸跳動(dòng)超差的真正原因是：曲軸在氮化前就存在著較大的鑄件內(nèi)應(yīng)力。
　　球鐵內(nèi)應(yīng)力大于灰鐵內(nèi)應(yīng)力，曲軸一經(jīng)氮化，在氮化溫度560～600℃下（本氮化溫度區(qū)正處于曲軸內(nèi)應(yīng)力釋放的定性溫度區(qū)域530～600℃內(nèi)），該內(nèi)應(yīng)力便會(huì)被釋放出來并進(jìn)行重新分布，從而造成曲軸的變形，即：氮化后曲軸跳動(dòng)超差。氮化工序只是鑄件內(nèi)應(yīng)力的一個(gè)體現(xiàn)場所，氮化后跳動(dòng)超差也僅是鑄件內(nèi)應(yīng)力在氮化階段重新分布的一種表現(xiàn)形式。因此，氮化工序只是曲軸氮化后跳動(dòng)超差的一個(gè)載體或一個(gè)外在因素，而引起曲軸氮化后跳動(dòng)超差的根本原因還在于曲軸在氮化前就存在著較大的鑄件內(nèi)應(yīng)力。

2　曲軸氮化前內(nèi)應(yīng)力大的主要原因分析

　　我廠曲軸與錫柴曲軸主軸頸跳動(dòng)概況和生產(chǎn)工藝過程對(duì)比見表1和表2。

表1　主軸頸跳動(dòng)概況對(duì)比

表2　工藝路線對(duì)比

#p#分頁標(biāo)題#e#3　解決措施

　　從我廠工藝實(shí)際和理論分析，我們認(rèn)為：曲軸的正火冷卻階段由于冷卻介質(zhì)與工件接觸不均勻，造成冷卻過程中工件各部位的冷卻速度不均勻，進(jìn)而造成較大的鑄件內(nèi)應(yīng)力；曲軸的定性加熱不均勻，難以進(jìn)行嚴(yán)格的溫度控制，又將造成曲軸的定性失控，不能徹底消除鑄件內(nèi)應(yīng)力，這是我廠曲軸第三主軸頸跳動(dòng)超差的根本原因所在。
　　若我廠曲軸的生產(chǎn)仍按正火+定性+氮化工序進(jìn)行。那么，要解決氮化后跳動(dòng)超差率高的問題，同時(shí)又要滿足我廠的生產(chǎn)綱領(lǐng)，關(guān)鍵是要解決如下兩個(gè)問題：
　　（1）解決曲軸正火階段的質(zhì)量問題
　　在保證曲軸的硬度、珠光體含量合乎圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求的同時(shí)，應(yīng)力求使曲軸具有較為均勻的正火冷卻過程，使獲得的硬度及珠光體含量也較均勻，從而，使曲軸在正火階段形成的內(nèi)應(yīng)力較小且分布較均勻。
　　（2）解決曲軸的定性工序質(zhì)量問題
　　定性工序是減少或消除鑄件內(nèi)應(yīng)力較為關(guān)鍵的一道工序。由于設(shè)備上的原因及曲軸在爐內(nèi)的放置方式上的原因，我廠曲軸幾乎沒有起到“定性”的作用。因此，要解決我廠曲軸的定性質(zhì)量問題，就必須從定性設(shè)備及工件在爐內(nèi)的放置方式入手。定性設(shè)備必須滿足爐內(nèi)工件受熱均勻，溫度控制系統(tǒng)能真實(shí)地反映爐內(nèi)工件的溫度變化情況。經(jīng)參考錫柴使用的專用連續(xù)式定性電阻爐，從“溫控一定要均勻，工件受熱一定要均勻，擺放一定要合理，同時(shí)提高定性溫度使之略高于氮化溫度”這一思路去解決定性設(shè)備的選用。現(xiàn)階段，必須改變大量曲軸在爐內(nèi)的堆放及互相擠壓的放置方式，這可從工裝上加以考慮。另外，在定性設(shè)備及工裝得以解決的情況下，我們認(rèn)為曲軸的定性工序放在粗加工后進(jìn)行較為合適。
　　找準(zhǔn)引起我廠曲軸氮化后跳動(dòng)超差率高的原因后，在現(xiàn)有設(shè)備的情況下，我們通過工藝實(shí)驗(yàn) （4100QB摻銅曲軸采用“風(fēng)冷”的正火冷卻方式及電爐回火工藝方案）尋求行之有效的解決措施。該工藝實(shí)驗(yàn)思路為：先將曲軸在鑄造時(shí)加入適量的銅進(jìn)行合金化，使其在形成鑄態(tài)曲軸時(shí)，就可使其組織形成大量的珠光體（約70%～75%左右），在隨后的正火階段冷卻過程中，采用冷卻速度較慢、易控制的較均勻的風(fēng)冷。這樣，既滿足了曲軸組織的珠光體含量，又滿足了曲軸正火的冷卻過程中形成較小的鑄件內(nèi)應(yīng)力。這些較小鑄件內(nèi)應(yīng)力在隨后的電爐定性回火中，由于溫度均勻易控（600℃，略高于氮化溫度590℃），回火中曲軸相互隔離無擠壓，內(nèi)應(yīng)力得以充分釋放和均勻再分布，從而達(dá)到消除殘余鑄件內(nèi)應(yīng)力的目的。該工藝實(shí)驗(yàn)最后結(jié)果較為理想，146件實(shí)驗(yàn)曲軸經(jīng)氮化后其第三主軸頸跳動(dòng)超差率為：5.36%，該數(shù)值是關(guān)于第三主軸頸跳動(dòng)實(shí)驗(yàn)以來最為理想的一次，它為解決我廠曲軸長期以來一直存在的問題提供了有力的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　另外，由于曲軸在氮化階段不可避免地會(huì)因鑄件內(nèi)應(yīng)力的釋放和重新分布造成曲軸變形。這種曲軸變形在采用氮化工藝后（氮化工藝必須放在曲軸加工工序的最后一道工序），因無法得到修正而成為永久的變形。為此建議：對(duì)于曲軸疲勞強(qiáng)度的強(qiáng)化處理采用中頻淬火+圓角滾壓工藝進(jìn)行處理，這樣，在最后的精磨階段可適當(dāng)修正曲軸在前工序帶來的變形。這種工藝方法目前已在一些大型汽車廠家如一汽、二汽、神農(nóng)汽車廠和天津夏利汽車廠等得到廣泛的應(yīng)用。
　　還有，對(duì)于跳動(dòng)在0.30mm以下的已超差的曲軸，在購買的定性回火電爐到廠之前，我們采用熱校正的辦法來加以利用。這些熱校超差曲軸經(jīng)切片取樣進(jìn)行金相分析和疲勞試驗(yàn)，均能達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)要求。
（工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析略）