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曲轴锻造设计说明书

一、曲轴零件图

二、曲轴零件分析

曲轴是汽车发动机中的重要零件，它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力

变为旋转的动力，传给底盘的传动机构，同时，驱动配气机构和其它辅助装置。

曲轴在工作时，受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复

杂，同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有

良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。

曲轴在使用过程中的主要损坏形式有如下两种：一是疲劳断裂．先在轴颈和

圆角处产生疲劳裂纹．然后向曲柄深处发展，造成曲轴断裂．也有少数曲轴先在

轴颈中部的油道内壁产生裂纹．发展为曲轴断裂；二是轴颈表面的严重磨损(尤

以连杆轴颈为甚)。所以，曲轴主要应有较高的疲劳强度和良好的耐磨性。

三、曲轴的毛坯材料及下料方法

1、曲轴的毛坯材料的选取

曲轴的材料从大的方面分，主要分为钢质和球铁两大类。

钢质曲轴材料又主要分为调质钢和非调质钢。钢质曲轴的主要特点是有着较

高的抗拉强度、高疲劳强度、高硬度、高耐磨性以及好的心部韧性，但是它们对

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缺口的敏感性很高，要求的加工质量较高。钢质曲轴能够适应日益增高的强化发

动机，现在高性能柴油机高压缩比下以很大的相对速度与轴承发生滑动摩擦，产

生较高的温度与磨损，在交变的冲击载荷作用下服役条件十分恶劣。

调制钢也主要有两大类，一类是价格相对低廉的碳素钢，它们有着和合金钢

一样的弹性模量，也有着较高的抗拉强度，主要应用于中等负荷的发动机。另一

类是合金钢，相对于碳素钢，加入了各种贵重金属合金，提高了抗拉强的和疲劳

强度，主要应用于中、高负荷的发动机。

近些年，随着世界能源与环保的要求进一步提高，曲轴的制造技术也获得了

提高，非调质钢曲轴的发展和应用也越来越多，有着取代调制钢的趋势。非调质

钢是利用锻造终了余温，在空气中进行冷却热处理，相对于调质钢曲轴污染小、

成本低，生产能耗低、性能优良，尤其在日本、欧洲已经广泛采用。国内正处于

起步阶段，生产工艺还不稳定，还有待于成熟。

随着市场对发动机质量要求的不断提高，一些中、轻型汽车的发动机曲轴毛

坯由以往的铸造成形逐渐改为锻造成形。这类曲轴锻件的加工余量、拔模斜度和

错模量一般都要求较小，且精度要求较高。这就对锻造设备的导向精度，以及锻

件的脱模手段提出了更高的要求，而这些要求在一般的模锻锤上生产是很难达到

的。由于热模锻压机具有很高的导向精度和顶出机构，成为锻造企业用于生产高

精度曲轴的首选设备。

模锻法是将金属棒料或钢锭通过一系列锻模成形为曲轴毛坯。这种方法生产

率和材料利用率高，金属锻造流线好，曲轴形状和尺寸较精确，与自由锻相比，

可大大减少机械加工的工时。

经过综合分析，本例发动机曲轴材质采用45号钢，模锻方式制造，锻后正

火处理，这样使得它具有较高的刚度、强度和良好的耐磨性。其主要机械性能要

求见表1，具体探伤要求见表2。

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2、下料方法的选择

常用的下料方法有：剪切法、冷折法、锯切法、砂轮片切割法、气割法和

车削法等。本例的下料方法采用锯切法。

四、曲轴锻造设备选取

热模锻机械压力机是通过曲轴或偏心轴连杆－滑块机构将旋转运动转变为

往返直线运动，并通过摩擦离合器将飞轮储存的能量即固定扭矩转变成为滑块的

载荷。

生产的发展要求模锻件具有较高的精度和较复杂的形状，机械工业中发展少

无切削加工的趋势已非常明显。因此在模锻设备中，带有顶料机构，行程固定的

并有可调节封闭高度的热模锻机械压力机，由于具备这些特点，国外正在日益发

展，逐步取代模锻锤而被广泛采用。国内也正在发展。

热模锻压力机与锻锤相比主要工作特性和优点有：

(1)电动机通过飞轮释放能量，滑块的压力基本上属于静压，工作时无震动

和噪音。由于具有静压力的特性，金属在模膛内流动缓慢，这对变形速度敏感的

低塑性合金的成形十分有利，故某些不适宜在锤上