船用曲轴的制造工艺现状介绍.docx

船用曲轴的制造工艺现状介绍摘要：文章介绍了船用曲轴制造技术的进展及其工艺特点指出了各方法的优缺点评述了船用曲轴制造技术在国内外的发展和应用并提出今后船用曲轴制造方法的发展方向。关键词：船用曲轴；锻造；镦锻；铸造1概述曲轴是发动机的核心部件之一被称为发动机的“心脏”其制造成本约占发动机总造价的10%-20%[1]而对船用曲轴而言这一比例甚至可以达到1/3。曲轴与活塞杆相连工作过程中在活塞杆的推动下曲轴绕主轴颈轴线做旋转运动进而将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动完成功率输出[2]。曲轴要承受弯曲力矩、扭转力矩以及交变载荷等的作用所受载荷大受力复杂易产生疲劳破坏。所以对大型曲轴的强度、刚度和耐磨性等力学性能提出了较高要求。2船用曲轴的分类船用曲轴的制造工艺可分为两类：一种是整体制造的曲轴主要用于中小船舶；另一种是组装式曲轴主要用于万吨轮和发电用低速二冲程柴油发动机[3]。船用低速柴油机上的大缸径曲轴普遍采用组合的形式根据装配方式的不同可分为全组合式和半组合式。3船用曲轴的制造工艺现状3.1组合式船用曲轴制造工艺全组合大型船用曲轴就是把主轴颈、曲臂、曲拐销分别加工然后将其装配在一起（如图1）；半组合大型船用曲轴则将曲臂和曲拐销加工成为一个整体（即曲拐）然将曲拐和轴颈部件热压成为整体来组成大型船用曲轴（如图2）。组合式曲轴的曲拐有锻造和铸造两种制造方法。低速柴油机所用的大型船用曲轴主要生产企业基本上均采用半组合式工艺。目前生产大型低速柴油机曲轴的企业主要有：韩国现代、韩国斗山重工业株式会社、日本神户制钢、捷克维特科维策股份公司等[4]。（1）锻造曲拐。组合式曲轴锻造的难点在于曲拐锻造。其锻造方法有：块型锻造法、环锻法、模锻法、弯锻法、镦锻法等。目前国内生产曲轴毛坯锻件的企业主要有两家鞍钢重机和一重集团。（2）铸造曲拐。铸造曲拐的优点是较经济成型性好缺点是容易产生铸造缺陷。在生产过程中必须对每道工序严格控制控制住针孔、夹渣和疏松等缺陷的产生以确保质量。铸钢曲拐生产的工艺主要有以下三种[5]：平铸法、竖铸法、模铸法。3.2整体式曲轴生产工艺3.2.1整体式自由锻工艺。曲轴的自由锻成形工艺可以分为块锻和弯锻。块锻工艺是将毛坯锻成方块再机加工成形。这一方法锻制的曲拐余量大纤维流线被切断降低了其抗弯曲和抗疲劳能力质量较差加工后曲臂的内侧常常出现严重鬼线及疏松性伤痕等缺陷。弯锻是将毛坯先压成扁坯再进行弯曲模架弯曲最后修整成形。其优点是余量少材料利用率有所提高金属纤维流向好抗弯曲和抗疲劳能力较好。块锻和弯锻工艺效率较低对工人的技术水平要求较高劳动强度大仅适用于小批量生产。3.2.2全纤维曲轴镦锻成型工艺。该工艺将金属材料锻造成棒料然后机加工成台阶轴最后在镦锻专用模具内成形每次只对一个曲拐进行热变形。在模具内当位于上方的弯曲模块对棒料进行弯曲变形的同时位于下方的左右镦粗模块同时向中间作镦粗运动。第一个曲拐不需定位从第二个曲拐起需要依次用已锻出的曲拐进行定位。全纤维镦锻法是生产直径为120-350mm的大型全纤维曲轴锻件的主要生产方法。全纤维镦锻曲轴又具体分为以下几种方法：（1）RR法锻造曲轴。该法是在专用的工装模具上利用墩锻弯曲联合工序完成曲轴成形。当液压机横梁下落时在模座的斜面上液压机的力被分解成为水平墩锻分力和垂直夹紧分力。坯料被夹紧后两个模座相向移动预墩曲臂。同时中间弯曲模在夹紧连杆颈后向下弯曲曲柄随之成形[5]。RR法锻造曲轴的缺点是在锻造过程中它产生的水平墩锻分力为一定值该力与设备公称力之比仅等于33%；镦粗和弯曲同时进行工艺参数不能调整曲臂的尖角处常出现填充不满；采用台肩式棒料毛坯金属纤维被切断降低了曲轴的强度；由于局部加热多拐分步成形后需热校直[6]。（2）TR法锻造曲轴。TR法是利用肘杆机构来实现力的分解。水平墩锻力和垂直夹紧力在变形过程中是肘杆和水平线夹角的函数。其变化规律是：水平墩锻力从最小值到最大值；垂直夹紧力从最大值到最小值。符合曲柄成形过程中对水平和垂直两个分力的实际需要。最大的水平墩锻力可达设备公称力的1.2倍相应于RR法的3.6倍故它能充分利用设备的能力。（3）双向水压机锻造曲轴。双向水压机是一种专用性很强的曲轴锻造设备1961年在依尔武德国家曲轴公司投产使用。该设备由轴向水压机和径向水压机联合锻造。轴向水压机用来墩锻曲臂径向水压机用来弯曲连杆颈。模具部分由模块组成。一套完整的模具应包括法兰模、止推模、曲臂模、压环模、弯曲模和曲柄分度模[7]。由于各工作缸直接作用在锻件上可根据曲轴的不同形状任选几步成形。该方法成形精度高加工余