汽车零部件制造技术之曲轴钢铁侠—先进曲轴加工解决方案

　　【编者按】汽车发动机中的曲轴作为发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，在工作中要承受交变载荷所引起的弯曲和剪切应力。业内人士指出，在曲轴生产上，对材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。目前我国曲轴的技术标准是以钢轴的性能为基础，这意味着铁轴如果想取代钢轴的话，曲轴“铸”升“锻”的趋势也将日益明显。

　　汽车产业是我国国民经济的重要支柱性、战略性产业，它与宏观经济环境有着非常密切的联系，产业链长、关联度高、就业面广、消费拉动大，整车与零部件作为汽车产业链上的核心部分，一直是拉动汽车产业发展的"两架马车"。

　　如果把发动机比喻为汽车“心脏”的话，曲轴则是汽车“心脏中的心脏”，作为发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，曲轴在工作中要承受交变载荷所引起的弯曲和剪切应力，对疲劳、耐磨和强度等性能指标都有非常高的要求，在运转中承受冲击载荷和惯性力，曲轴把曲柄连杆的直线运动转换成圆周运动，传递动力，其上各部分产生弯曲、扭转、剪切、拉压等交变应力。能否满足这些指标要求，能否在成本上占据优势，成为铁轴（球墨铸铁曲轴）和钢轴（锻钢曲轴）赢得市场的重点。

　　业内人士指出，目前我国曲轴的技术标准是以钢轴的性能为基础，这意味着铁轴如果想取代钢轴，必须充分满足钢轴所能够达到的性能。作为发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，曲轴在工作中要承受交变载荷所引起的弯曲和剪切应力，对疲劳、耐磨和强度等性能指标都有非常高的要求，所以，在曲轴生产上，对材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。如果其中任何一个环节质量没有得到保证，就可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性，进而影响汽车整车的质量乃至使用寿命。

　　目前，车用发动机曲轴材质有球墨铸铁和锻钢两类。由于球墨铸铁的切削性能良好，可获得较理想的结构形状，且和中小马力段的锻钢曲轴一样，可以进行各种热处理和表面强化处理来提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性，尤其是成本只有调质钢曲轴成本的1/3左右，所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛应用。资料表明，车用发动机曲轴采用球墨铸铁材质的比例在美国为90%，英国为85%，日本为60%，此外，德国、比利时等国家也已经大批量采用。由于国内球墨铸铁工艺技术水平与国外的差异，车用发动机曲轴采用球墨铸铁在不同车型上有所区别：汽油机曲轴多数采用锻钢曲轴，中小型功率柴油机曲轴85%以上采用球墨铸铁，功率在160kW以上的发动机曲轴多采用锻钢曲轴。

　　“十一五”是我国汽车行业实现大发展的关键时期。数据表明，与“十五”末的2005年相比，国内汽车行业实现了220%的增长，其中重型货车增速超过313%，成为商用车增势最为迅猛的力量。如下表：

　　重型货车的狂飙性增长，牵引着曲轴“铸”升“锻”的快跑步伐。因为重型载货车所需发动机功率越来越大，已从180～220kW发展到300～450kW，曲轴质量也从60kg增加到175kg，目前国内最大的汽车模锻曲轴质量已达到200kg。随着发动机功率增大和转速提高，对曲轴金相组织和力学性能提出更高要求，并且形状越来越复杂，精度要求也越来越高。这是因为，曲轴大部分是由于弯曲疲劳而损坏，锻钢曲轴的最大优点是钢材具有较高的弯曲疲劳强度，而且基本上与抗拉强度成正比，而球墨铸铁曲轴由于存在石墨孔穴、磷化物与合金元素的晶界偏析，因此其疲劳强度较低，而不与抗拉强度成正比。美国福特汽车公司试验证明，对于同样的曲轴和连杆颈支撑面宽度，铸造曲轴的寿命只有锻造曲轴的一半。

　　从技术层面分析，随着高功率、低油耗、低排放的要求，发动机的爆发压力从8～9MPa上升到12 MPa，甚至14MPa，球墨铸铁曲轴难以承受，这也是锻造曲轴比例上升的原因之一。无论是理论上技术水平提升的需要，还是实际上用于大马力柴油机装机的曲轴都充分表明，曲轴“铸”升“锻”的趋势日益明显。
 

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