CN101473051B - 处理曲轴的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种处理曲轴(1)的曲柄销(4)的方法。在本方法中，测量曲柄销(4)的表面的硬度，当硬度高于预定的限值时，测量硬化点(10)的深度。至少在深度测量值的基础上确定热处理参数，并对硬化点(10)进行热处理。在热处理期间，硬化点(10)通过感应加热装置(5)被加热。

Description

处理曲轴的方法
技术领域
本发明涉及一种处理活塞式发动机曲轴的方法。
背景技术
在内燃机的连杆的大端轴承失效(或支承失效)造成热量增加，且继而可能发生曲柄销材料的硬化。修理损坏的曲轴费用可能非常高且还耗费时间。硬化层可通过重新机械加工曲柄销进行去除。但是，因为硬化层通常很厚，且硬化区域宽，例如是销长度的百分之五十多，所以重新加工后，销的硬度没降到所允许的水平是可能的。因此，由于连杆的大端轴承失效(bearingfailure)，使得整个曲轴必须经常被改变。
硬化的曲柄销也可通过热处理进行修理。在热处理中，曲柄销首先被加热到合适的温度然后进行冷却。因此，曲柄销的硬化材料就变得较软。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的用于处理曲轴的曲柄销上的硬化区域或硬化点的方法。
本发明提供了一种用于处理曲轴的受损坏的曲柄销的方法，所述方法包括测量曲柄销的表面的硬度，其特征在于，在所述曲柄销的表面上的硬化点的硬度超过预定的限值时，测量所述硬化点的深度；至少在深度测量值的基础上确定热处理参数；热处理所述硬化点；以及在热处理期间，通过感应加热装置加热所述硬化点到一定温度然后进行冷却而变软。
本发明提供重要的有益效果。
因为对曲轴上的硬化点的深度进行测量，所以能够以最佳的方式调整所述感应加热装置的输出功率和加热时间，以便减小所述硬化点或硬化区域的硬度。
附图说明
以下，将通过参考附图结合实例更详细地描述本发明，其中：
图1是安装在发动机的曲柄箱内的曲轴的示意图；以及
图2是可以用于本发明所述方法中的感应热处理装置的示意图。
具体实施方式
内燃机的曲轴1可转动地支撑在发动机组或曲柄箱内。曲轴1包括轴颈2，主轴承在轴颈上运转。所述曲轴还包括用于轴颈支撑连杆的曲柄臂3和曲柄销4。所述曲柄销4安装在相邻的曲柄臂3之间。活塞借助于连杆连接在曲轴1上。连杆的一端可枢转地连接到活塞上。连杆的另一端，即连杆的大端，通过轴承可枢转地连接到曲柄销4上。活塞的往复运动通过连杆被转化为旋转运动。在多气缸发动机中，曲轴具有一个用于每一个连杆或用于两个连杆(V形构形)的曲柄销，使得来自每个气缸的动力在曲轴转动过程中在合适的点施加到曲轴上。所述曲轴1的组件还包括配重，所述配重通过其惯性使在曲轴的运动中的不规则性最小化。
因为连杆的大端轴承失效，过量的热积累起来且因此可能发生曲柄销4的钢材料的硬化。损坏的曲柄销4的表面的硬度可能超过额定硬度，所述额定硬度按发动机机型通常在350-450布氏硬度(HB)。因该硬化层通常很厚，重新机械加工后的硬度可能不会降到所允许的水平或程度。
在本发明中，曲柄销4通过现场热处理工艺进行修理。曲柄销4的热处理是在不拆卸发动机，即不将曲轴1从曲柄箱拆除的情况下来实施的。该热处理通过便携式感应加热设备5来进行。该感应加热设备5包括以所要求的频率提供所要求的功率输出的交流电源6和感应线圈组件7。该感应线圈组件7被安装在感应器头8中并与电源6电连接。所述电源6向所述线圈组件7提供交流电，从而产生交变磁场。当线圈7被放置在待加热的曲柄销4附近时，所述磁场将涡电流感应到曲柄销4中。曲柄销4的金属材料的电阻将涡电流转变为热能。因此，曲柄销4局部变热。加热部位可以被限定到曲柄销4的特定区域。加热效果取决于磁场强度、曲柄销4的磁性特征和电性质以及线圈7与曲柄销4之间的距离。涡电流且因而热量穿透曲柄销4的深度取决于电源的输出交流电(AC)的频率。对于需要深层热穿透的较厚材料来说，低频率是有效的，而对于较小部件(或部分)或低热穿透来说，较高频率是有效的。该感应加热设备5还设置有测量待加热的表面的温度的温度测量装置11。所述温度测量装置11能够以非接触的方式连续测量曲柄销4的表面的温度。所述感应加热设备5还设置有控制单元9，所述控制单元9通过在温度测量结果的基础上调整电源6的功率输出将待加热的表面的温度维持在所希望的水平。
用于本发明所述方法的合适的感应加热设备是易孚迪(EFD)感应设备公司制造的MINAC 6/10。该设备的连续输出功率为6kW，最大输出功率为10Kw，且输出电流的频率范围为10-25kHz。
在本发明中，曲柄销4的处理工艺在现场进行，即使得曲轴就被安装在发动机的曲柄箱内的其适当位置。在该热处理工艺的第一步骤，使连杆的大端与曲柄销4脱开联接。然后，通过机械加工对受损的曲柄销4的表面进行清理。为此目的，使用一种便携式机械加工设备。被除去的层的厚度典型地是0.1-0.2毫米。随后，在若干点对曲柄销4的表面的硬度进行测量。硬度的增加指示着因过热造成的损坏。为了揭示可能的裂缝，也可以进行曲柄销4的抗裂试验。如果测量得到的曲柄销4的表面的硬度超过了预定的限值，例如超过400HB，就测量硬化点10的深度。该深度测量的限值是发动机制造商所允许的曲柄销4的表面的最高硬度值。
一种用于测量硬化层或硬化点的深度的适合装置是Quality Network公司制造的便携式超声测试装置P3121。
在下一步骤中，使曲柄销4的硬化点10通过回火进行热处理。在回火过程中，硬化的钢通过将其加热到一定温度然后进行冷却而变软。回火温度取决于钢的成分及其所期望的用途。只有那些深度已被测量的硬化点10被热处理。将要被使用的热处理参数至少在深度测量值的基础上进行确定。并且，硬化点10的硬度和曲柄销4的钢材料的成分对热处理参数有影响。最重要的热处理参数是加热时间和温度。
典型地，在回火过程中，硬化点10的表面被加热到曲柄销材料的奥氏体化温度，典型地加热到400-600℃延续15到50秒，优选地20到40秒。在曲轴制造过程中该温度维持在回火温度以下至少40℃。来自电源6的输出电流频率取决于硬化点10的深度，典型地该频率是10到30kHz。在加热过程中，曲柄销4的表面的温度被优选地连续地以非接触的方式进行测量。控制单元9通过在温度测量结果的基础上调整电源6的功率输出将曲柄销表面的温度维持在所希望的水平。加热后，曲柄销4被自由地冷却到环境温度。然后，重复进行经回火的硬化点10的硬度测量，且如果所述硬度仍然超过由发动机制造商规定或允许的最大值，重复进行上述的热处理步骤。典型地，热处理步骤被重复1到5次。
该热处理程序后，将曲柄销4机加工到最接近的负公差尺寸(nearestundersize)。然后，将曲柄销4的圆角半径进行机加工和抛光，然后，曲柄销4的表面中的润滑孔进行抛光。
在完成的测试处理中，曲柄销表面的硬度在九个硬化点进行测量，且硬度为450-637布氏硬度(HB)。所述相对应的点的所测量到的深度为2-2.4毫米。这些硬化点的回火是在500℃下进行40秒。回火之后，这些点的硬度为221-374布氏硬度(HB)。

Claims (8)

1.一种用于处理曲轴(1)的受损坏的曲柄销(4)的方法，所述方法包括：
测量曲柄销(4)的表面的硬度，其特征在于，
在所述曲柄销(4)的表面上的硬化点(10)的硬度超过预定的限值时，测量所述硬化点(10)的深度；
至少在深度测量值的基础上确定热处理参数；
热处理所述硬化点(10)；以及
在热处理期间，通过感应加热装置(5)加热所述硬化点(10)到一定温度然后进行冷却而变软。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在热处理后，测量所述硬化点(10)的硬度，且如果所述硬度超过所述预定的限值，重复进行对所述硬化点(10)的所述热处理。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述曲柄销(4)的表面的硬度在350HB以上时，测量所述硬化点(10)的深度。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述硬化点(10)被加热到400-700℃。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述硬化点(10)被加热到400-700℃延续15至50秒。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在加热后，所述硬化点(10)被自由地冷却到环境温度。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在热处理后，所述曲柄销(4)被机械加工到所想要的大小。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在现场，即不将所述曲轴(1)从发动机的曲柄箱拆除的情况下进行热处理。
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