CN105798558A

CN105798558A - 一种小排量内燃机曲轴制备方法

Info

Publication number: CN105798558A
Application number: CN201410833221.7A
Authority: CN
Inventors: 闫雪华; 文怀军; 余化志
Original assignee: SAIC GM Wuling Automobile Co Ltd
Current assignee: SAIC GM Wuling Automobile Co Ltd
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2016-07-27

Abstract

本发明公开了小排量内燃机曲轴制备方法，包括以下步骤：A.锻造成型：采用微合金非调质钢1538MV锻造出曲轴本体；B.成型加工工序：在曲轴本体上钻中心孔，在车床上车主轴颈，然后在铣床上铣出连杆颈，然后再钻出油孔；C.将所有的主轴颈和连杆颈部位进行感应淬火处理；D.在主轴颈、连杆颈和曲柄臂及其连接处加工成沉沟槽并进行圆角滚压强化；E.钻安装孔后磨削主轴颈和连杆颈，去毛刺后进行抛光处理，清洗测量下线。本发明的小排量内燃机曲轴制备方工艺简单、可以有效提高钢的强度和耐磨性能、节省能源、提高生产效率，同时改善切削加工性能、降低成本、保证曲轴可靠性、曲轴结构更紧凑、重量更轻。

Description

一种小排量内燃机曲轴制备方法

技术领域

本发明涉及一种曲轴的制备方法，特别是涉及一种小排量内燃机曲轴制备方法。

背景技术

曲轴是内燃机传输动力的重要部件，其承受冲击交变载荷及循环扭矩，工况恶劣。近年来，小排量高输出内燃机技术的不断进步，对曲轴整体机械性能要求也随之提高。目前，在小排量内燃机中曲轴普遍使用的球墨铸铁材料，其强度日益不能满足性能要求，为了提高曲轴的整体机械性能，通过采用高强度材料来取代现有的球墨铸铁材料；此外还通过感应淬火或氮化等热处理工艺来提高曲轴材料的强度。

曲轴在工作中承受交变载荷，主轴颈和连杆颈圆角过渡处容易产生应力集中；在圆角的切削加工后，容易产生刀痕，进一步使曲轴在圆角处产生裂纹或断裂。在现有的工艺中，为了提高曲轴的疲劳强度，一般通过增加主轴颈或连杆颈直径，增加重叠度来保证曲轴的疲劳强度，但是此方法会使曲轴结构增大，重量增加，经济性差，材料利用率低。为了保证曲轴在圆角处的强度，也可以通过曲轴圆角滚压或喷丸处理来提高曲轴疲劳强度。

部分厂家采用高强度的球磨铸铁，或者采用高强度的锻钢。一般高强度的球磨铸铁或锻钢还须进行热处理来达到强度要求，进而提高了成本，同时也增加了后续加工成本。现有的圆角滚压和喷丸处理工艺，只能提高圆角区域的强度，对轴颈，尤其是油孔周围强度的提高无影响。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中的不足而完成的，本发明的目的是提供一种工艺简单、可以有效提高钢的强度和耐磨性能、节省能源、提高生产效率，同时改善切削加工性能、降低成本、保证曲轴可靠性、曲轴结构更紧凑、重量更轻的小排量内燃机曲轴制备方法。

本发明的一种小排量内燃机曲轴制备方法，包括以下步骤：

A.锻造成型：采用微合金非调质钢1538MV锻造出曲轴本体；

B.成型加工工序：在曲轴本体上钻中心孔，在车床上车主轴颈，然后在铣床上铣出连杆颈，然后再钻出油孔；

C.将所有的主轴颈和连杆颈部位进行感应淬火处理；

D.在主轴颈、连杆颈和曲柄臂及其连接处加工成沉沟槽并进行圆角滚压强化；

E.钻安装孔后磨削主轴颈和连杆颈，去毛刺后进行抛光处理，清洗测量下线。

本发明的一种小排量内燃机曲轴制备方法还可以是：

所述A步骤锻造后曲轴本体机械性能为：布氏硬度：248-302，10/3000；屈服强度：580MPamin；抗拉强度：850MPamin；延伸率10％min。

所述A步骤锻造后曲轴本体化学成分分别如下：重量百分比为：C0.36％-0.40％，Mn1.30％-1.45％，Si0.50％-0.65％，Cu0.25％max，Cr0.10％-0.20％，Ni0.15％max，S0.050％-0.065％，Al0.03％max，N0.013％-0.017％，P0.02％max，Mo0.05％max,V0.08％-0.12％。

感应淬火处理后轴颈和连杆颈表面硬度为：HRC40～60；淬硬层宽度w为10～20mm,最小有效深度He为：0.1～1mm，最小总深度H为1～3mm。

所述C步骤中的感应淬火加热功率为61.5-78kw，加热时间为4.1-4.6秒，淬火延时1秒，淬火时间为4秒，淬火温度均匀变化时间为2秒，第一次回火功率为13.5-7.5kw，第一次回火时间为2.5-3秒，第一次回火温度均匀变化时间为3秒，第二次回火功率为13.5-9kw，第二次回火时间为2.5秒，第二次回火温度均匀变化时间为14-33秒，冷却时间为35秒。

所述曲轴包括第一主轴颈、第二主轴颈、第三主轴颈、第四主轴颈和第五主轴颈以及第一连杆颈、第二连杆颈、第三连杆颈和第四连杆颈，在感应淬火处理时，所述第一主轴颈、第一连杆颈和第二连杆颈的加热功率为61.5kw，第三连杆颈和第四连杆颈加热功率为73.5kw，所述第二主轴颈、第三主轴颈、第四主轴颈和第五主轴颈加热功率为78kw，所述第一连杆颈、第二连杆颈、第一主轴颈、第四主轴颈和第五主轴颈的加热时间均为4.2秒，所述第三连杆颈和第四连杆颈的加热时间为4.1秒，所述第二主轴颈和第三主轴颈加热时间为4.6秒，第一连杆颈和第二连杆颈第一次回火功率为13.5kw，第三连杆颈和第四连杆颈第一次回火功率为15kw，第一主轴颈的第一次回火功率为7.5kw，第二主轴颈、第三主轴颈、第四主轴颈和第五主轴颈第一次回火功率为9kw，四个连杆颈的第一次回火时间均为3秒，五个主轴颈第一次回火时间均为2.5秒，四个连杆颈的第二次回火功率均为13.5kw，第一主轴颈第二次回火功率为7.5kw，其余四个主轴颈第二次回火功率为9kw，四个连杆颈的第二次回火温度均匀化时间均为14秒，五个主轴颈第二次回火温度均匀化时间均为33秒。

D步骤中滚压强化时，过渡圆角低于上述主轴颈、连杆颈表面0.2～1.0+/-0.1mm，滚压装置的滚压轮圆角半径R为1.0～2.0+/-0.03mm，滚压角度α为30°-45°，滚压力F为：6000～15000N。

本发明的一种小排量内燃机曲轴制备方法，包括以下步骤：

A.锻造成型：采用微合金非调质钢1538MV锻造出曲轴本体；

C.将所有的主轴颈和连杆颈部位进行感应淬火处理；

这样，在A步骤中使用微合金非调质钢1538MV材料锻造出曲轴本体，微合金非调质钢通过添加V元素细化晶粒强化钢的基体，提高钢的强度。其优点是可省去调质(或正火)处理工艺，具有明显的简化工艺、节时节能效果，同时可改善切削加工性能，提高劳动生产率。微合金钢与调质碳钢相比可降低成本，与调质合金钢相比可降低成本，其优点是是简化曲轴结构，提高曲轴材料利用率，增加曲轴的经济性。而在钻出中心孔和油孔，并加工出主轴颈和连杆颈后，进行C步骤，即对所有的主轴颈和连杆颈部位进行感应淬火处理，不仅提高了轴颈处疲劳强度，还提高了曲轴在高转速时的耐磨损性能。而且在D步骤中在主轴颈、连杆颈和曲柄臂及其连接处加工成沉沟槽并进行圆角滚压强化，提高了曲轴的疲劳强度，保证了曲轴的可靠性，与现有技术中的曲轴比较，结构更紧凑化、轻量化。相对于现有技术而言具有的优点是：工艺简单、可以有效提高钢的强度和耐磨性能、节省能源、提高生产效率，同时改善切削加工性能、降低成本、保证曲轴可靠性、曲轴结构更紧凑、重量更轻。

附图说明

图1本发明一种小排量内燃机曲轴制备方法中曲轴主视图。

图2本发明一种小排量内燃机曲轴制备方法中曲轴仰视图。

图3本发明一种小排量内燃机曲轴制备方法主轴颈局部放大图。

图4本发明一种小排量内燃机曲轴制备方法中滚压强化形成沉沟槽加工示意图。

图号说明

M1…第一主轴颈M2…第二主轴颈M3…第三主轴颈

M4…第四主轴颈M5…第五主轴颈P1…第一连杆颈

P2…第二连杆颈P3…第三连杆颈P4…第四连杆颈

1…曲轴本体2…油孔3…滚压轮

4…沉沟槽

具体实施方式

下面结合附图的图1至图4对本发明的一种小排量内燃机曲轴制备方法作进一步详细说明。

本发明的一种小排量内燃机曲轴制备方法，请参考图1至图4，包括以下步骤：

A.锻造成型：采用微合金非调质钢1538MV锻造出曲轴本体1；

B.成型加工工序：在曲轴本体1上钻中心孔，在车床上车主轴颈，然后在铣床上铣出连杆颈，然后再钻出油孔2；

C.将所有的主轴颈和连杆颈部位进行感应淬火处理；

这样，在A步骤中使用微合金非调质钢1538MV材料锻造出曲轴本体1，微合金非调质钢通过添加V元素细化晶粒强化钢的基体，提高钢的强度。其优点是可省去调质(或正火)处理工艺，具有明显的简化工艺、节时节能效果，同时可改善切削加工性能，提高劳动生产率。微合金钢与调质碳钢相比可降低成本，与调质合金钢相比可降低成本，其优点是是简化曲轴结构，提高曲轴材料利用率，增加曲轴的经济性。而在钻出中心孔和油孔2，并加工出主轴颈和连杆颈后，进行C步骤，即对所有的主轴颈和连杆颈部位进行感应淬火处理，不仅提高了轴颈处疲劳强度，还提高了曲轴在高转速时的耐磨损性能。而且在D步骤中在主轴颈、连杆颈和曲柄臂及其连接处加工成沉沟槽4并进行圆角滚压强化，提高了曲轴的疲劳强度，保证了曲轴的可靠性，与现有技术中的曲轴比较，结构更紧凑化、轻量化。相对于现有技术而言具有的优点是：工艺简单、可以有效提高钢的强度和耐磨性能、节省能源、提高生产效率，同时改善切削加工性能、降低成本、保证曲轴可靠性、曲轴结构更紧凑、重量更轻。

本发明的一种小排量内燃机曲轴制备方法，请参考图1至图4，在前面描述的技术方案的基础上具体可以是：所述A步骤锻造后曲轴本体1机械性能为：布氏硬度：248-302，10/3000；屈服强度：580MPamin；抗拉强度：850MPamin；延伸率10％min。即屈服强度最小为580MPa，抗拉强度最小为850MPa，延伸率最小为10％。这样的曲轴本体1，屈服强度和抗拉强度均有提高。进一步优选的技术方案为：所述A步骤锻造后曲轴本体1化学成分分别如下表：重量百分比为：重量百分比为：C0.36％-0.40％，Mn1.30％-1.45％，Si0.50％-0.65％，Cu0.25％max，Cr0.10％-0.20％，Ni0.15％max，S0.050％-0.065％，Al0.03％max，N0.013％-0.017％，P0.02％max，Mo0.05％max,V0.08％-0.12％。

表1化学成分(％总量)

本发明的一种小排量内燃机曲轴制备方法，请参考图1至图4，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：感应淬火处理后轴颈和连杆颈表面硬度为：HRC40～60；淬硬层宽度w为10～20mm,最小有效深度He为：0.1～1mm，最小总深度H为1～3mm。这样可以有效提高主轴颈和连杆颈的强度，尤其是油孔2处的疲劳强度。进一步优选的技术方案为：所述C步骤中的感应淬火加热功率为61.5-78kw，加热时间为4.1-4.6秒，淬火延时1秒，淬火时间为4秒，淬火温度均匀变化时间为2秒，第一次回火功率为13.5-7.5kw，第一次回火时间为2.5-3秒，第一次回火温度均匀变化时间为3秒，第二次回火功率为13.5-9kw，第二次回火时间为2.5秒，第二次回火温度均匀变化时间为14-33秒，冷却时间为35秒。这样，可以实现感应淬火工序，而且保证提高曲轴强度和耐磨性。进一步具体可以是所述曲轴包括第一主轴颈M1、第二主轴颈M2、第三主轴颈M3、第四主轴颈M4和第五主轴颈M5以及第一连杆颈P1、第二连杆颈P2、第三连杆颈P3和第四连杆颈P4，在感应淬火处理时，所述第一主轴颈M1、第一连杆颈P1和第二连杆颈P2的加热功率为61.5kw，第三连杆颈P3和第四连杆颈P4加热功率为73.5kw，所述第二主轴颈M2、第三主轴颈M3、第四主轴颈M4和第五主轴颈M5加热功率为78kw，所述第一连杆颈P1、第二连杆颈P2、第一主轴颈M1、第四主轴颈M4和第五主轴颈M5的加热时间均为4.2秒，所述第三连杆颈P3和第四连杆颈P4的加热时间为4.1秒，所述第二主轴颈M2和第三主轴颈M3加热时间为4.6秒，第一连杆颈P1和第二连杆颈P2第一次回火功率为13.5kw，第三连杆颈P3和第四连杆颈P4第一次回火功率为15kw，第一主轴颈M1的第一次回火功率为7.5kw，第二主轴颈M2、第三主轴颈M3、第四主轴颈M4和第五主轴颈M5第一次回火功率为9kw，四个连杆颈的第一次回火时间均为3秒，五个主轴颈第一次回火时间均为2.5秒，四个连杆颈的第二次回火功率均为13.5kw，第一主轴颈M1第二次回火功率为7.5kw，其余四个主轴颈第二次回火功率为9kw，四个连杆颈的第二次回火温度均匀化时间均为14秒，五个主轴颈第二次回火温度均匀化时间均为33秒。这样，充分实现有效控制淬硬层深度He和总深度H，提高内燃即曲轴的强度。具体工艺如下面表2：

表2感应淬火工艺参数

本发明的一种小排量内燃机曲轴制备方法，请参考图1至图4，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：D步骤中滚压强化时，过渡圆角低于上述主轴颈、连杆颈表面0.2～1.0+/-0.1mm，滚压装置的滚压轮3圆角半径R为1.0～2.0+/-0.03mm，滚压角度α为30°-45°，滚压力F为：6000～15000N。这样可以达到有效提高圆角处疲劳强度的目的。本发明的一种内燃即曲轴制备方法制备的曲轴包括了主轴颈、连杆颈和平衡重，主轴颈直径为45mm～55mm，长度为21mm～26mm，连杆颈的直径为35mm～45mm，长度为20mm～25mm。通过测试试验证明，本发明的一种内燃即曲轴制备方法制备有效的提高了曲轴的强度和疲劳寿命。

上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种小排量内燃机曲轴制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.锻造成型：采用微合金非调质钢1538MV锻造出曲轴本体；

C.将所有的主轴颈和连杆颈部位进行感应淬火处理；

2.根据权利要求1所述的一种小排量内燃机曲轴制备方法，其特征在于：所述A步骤锻造后曲轴本体机械性能为：布氏硬度：248-302，10/3000；屈服强度：580MPamin；抗拉强度：850MPamin；延伸率10％min。

3.根据权利要求2所述的一种小排量内燃机曲轴制备方法，其特征在于：所述A步骤锻造后曲轴本体化学成分分别如下：重量百分比为：C0.36％-0.40％，Mn1.30％-1.45％，Si0.50％-0.65％，Cu0.25％max，Cr0.10％-0.20％，Ni0.15％max，S0.050％-0.065％，Al0.03％max，N0.013％-0.017％，P0.02％max，Mo0.05％max,V0.08％-0.12％。

4.根据权利要求1所述的一种小排量内燃机曲轴制备方法，其特征在于：感应淬火处理后轴颈和连杆颈表面硬度为：HRC40～60；淬硬层宽度w为10～20mm,最小有效深度He为：0.1～1mm，最小总深度H为1～3mm。

5.根据权利要求4所述的一种小排量内燃机曲轴制备方法，其特征在于：所述C步骤中的感应淬火加热功率为61.5-78kw，加热时间为4.1-4.6秒，淬火延时1秒，淬火时间为4秒，淬火温度均匀变化时间为2秒，第一次回火功率为13.5-7.5kw，第一次回火时间为2.5-3秒，第一次回火温度均匀变化时间为3秒，第二次回火功率为13.5-9kw，第二次回火时间为2.5秒，第二次回火温度均匀变化时间为14-33秒，冷却时间为35秒。

6.根据权利要求5所述的一种小排量内燃机曲轴制备方法，其特征在于：所述曲轴包括第一主轴颈、第二主轴颈、第三主轴颈、第四主轴颈和第五主轴颈以及第一连杆颈、第二连杆颈、第三连杆颈和第四连杆颈，在感应淬火处理时，所述第一主轴颈、第一连杆颈和第二连杆颈的加热功率为61.5kw，第三连杆颈和第四连杆颈加热功率为73.5kw，所述第二主轴颈、第三主轴颈、第四主轴颈和第五主轴颈加热功率为78kw，所述第一连杆颈、第二连杆颈、第一主轴颈、第四主轴颈和第五主轴颈的加热时间均为4.2秒，所述第三连杆颈和第四连杆颈的加热时间为4.1秒，所述第二主轴颈和第三主轴颈加热时间为4.6秒，第一连杆颈和第二连杆颈第一次回火功率为13.5kw，第三连杆颈和第四连杆颈第一次回火功率为15kw，第一主轴颈的第一次回火功率为7.5kw，第二主轴颈、第三主轴颈、第四主轴颈和第五主轴颈第一次回火功率为9kw，四个连杆颈的第一次回火时间均为3秒，五个主轴颈第一次回火时间均为2.5秒，四个连杆颈的第二次回火功率均为13.5kw，第一主轴颈第二次回火功率为7.5kw，其余四个主轴颈第二次回火功率为9kw，四个连杆颈的第二次回火温度均匀化时间均为14秒，五个主轴颈第二次回火温度均匀化时间均为33秒。

7.根据权利要求1至6任意一个权利要求所述的一种小排量内燃机曲轴制备方法，其特征在于：D步骤中滚压强化时，过渡圆角低于上述主轴颈、连杆颈表面0.2～1.0+/-0.1mm，滚压装置的滚压轮圆角半径R为1.0～2.0+/-0.03mm，滚压角度α为30°-45°，滚压力F为：6000～15000N。