康明斯ISLe重型电控发动机曲轴的研制
在发动机曲轴的研制过程中，采用感应淬火工艺可以提高产品的机械性能、使用寿命和可靠性；同时，通过机加工工艺及工装优化保证了产品的几何精度。天润曲轴生产的康明斯ISLe曲线的各项技术经济指标均达到国际同类产品的先进水平，具有极大的社会效益，值得在同行业进行推广。
东风康明斯ISBe/ISCe/ISLe系列柴油机是东风康明斯2003年开始推出的优势产品，采用自主开发的先进电控平台，大幅度提升了产品的技术含量，实现了与欧美同步，配备了能够有效提高燃油效率的高压燃油喷射系统、驾驶室内信息显示系统、掌上电脑故障诊断设备等电子信息处理系统，可实时监控发动机的运行和车辆的行驶数据，及时进行故障诊断与排查。经过在国内一年多的实践检验，康明斯欧Ⅲ全电控柴油发动机技术状态良好，性能稳定可靠。其特点可以概括为以下几点：发动机罩下的可维修空间加大；噪声低，振动小，提高了乘坐的适舒性，乘客反映良好；动力性、加速性好，驾驶员表示满意；尾气排放低；油耗低；故障少；维修工作量小，日常保养和维修工作量主要是换油、换空滤芯等。
目前东风康明斯公司ISLe发动机已开始批量装机，但大部分部件均采用进口件，成本较高，而且根据康明斯公司的市场分析，今后两年该机型发动机产量将会大幅度增长，很快取代目前机械控制的C系列发动机，市场前景很好。
东风康明斯发动机有限公司是我公司的主要配套厂家之一，我公司从2005年1月开始为东风康明斯发动机有限公司试制ISLe发动机曲轴。经东风康明斯发动机有限公司试验，我公司生产的康明斯ISLe曲轴的性能优于巴西进口的同类型产品，产品进入市场后，获得了主机厂和用户的广泛好评。产品总体设计思路如图所示。
图 产品总体设计思路
技术路线
1. 先期策划
为保证该产品的顺利实施，引导资源合理配置，促进对所需更改的早期识别，避免晚期更改，最终以最低成本及时提供顾客优质产品的要求，按照《产品质量先期策划程序》，技术科负责建立产品质量先期策划（APQP）小组。
APQP小组由下列部门成员组成：分管质量副总经理、分管生产副总经理、技术科、生产科、质量控制科、质检科、采购科、销售公司、信息服务科、成本价格科、设备科、人力资源科及相关车间，必要时邀请顾客和供方人员参加。
技术科负责与顾客的接口、识别顾客的要求，完成产品图纸和标准规范的消化吸收等工作，负责工艺方案制订，负责制订设备、工装、量检具和实验设备设施的要求，负责PFMEA和控制计划的编制等工作；生产科负责工装、检具等的制作；设备科负责设备、设施等资源配置；生产车间负责产品加工，初始过程能力研究；质检科负责产品的检验、试验和测量系统分析；销售公司负责市场调研、产品交付；采购科负责外购物资的采购；财务科负责成本分析；质量控制科负责监督APQP的进展情况，协调小组成员的接口关系。
2. 毛坯方面
在毛坯锻造过程中，曲轴材质选用优质合金钢48MnV，采用整体模锻技术，使曲轴基体具有良好的机械性能。
3. 热处理方面
采用淬火工序，即在轴颈表面强化处理工序中，采用轴径和圆角表面淬火工艺，提高轴颈和圆角表面硬度，从而提高了曲轴的耐磨性，延长了曲轴的使用寿命，同时大大提高了曲轴的疲劳强度。淬火工序生产流程包括淬火、回火和抛丸三步组成，设备包括AKW－H德国淬火机床、步进式推杆式时效炉和Q383抛丸机。
（1）工艺流程：粗加工→淬火→一次回火→抛丸→二次回火
（2）工艺调试及测试结果：试验及曲轴材质为48MnV钢，未经调质和去应力退火。淬火回火后成品金相组织及性能要求见表1。
表1 淬火回火后技术要求
（3）表面淬火原理：通过电磁感应，由半圆形铜线圈产生磁力线，曲轴旋转切割磁力线，在曲轴表面产生感应电流，加热轴颈表面，温度在12～18s内达到840～880℃时，用水基淬火液进行冷却，使曲轴表面3～5mm内发生组织转变，形成淬火马氏体组织。由于淬火马氏体组织内部组织应力大，久放易产生微观裂纹，因此在淬火后8h内及时进行低温回火，得到稳定的回火马氏体组织。
（4）感应淬火工艺的优点：设备自动化容易操作，能把自动化或半自动化的装置结合起来排列到连续生产线中。由于感应淬火的生产周期短，所以能与连续生产线的其他部分相适应。感应淬火工艺一旦定下来，对于每个工件都能精确地再现同样的工艺条件，因此可以得到高质量的产品，另外对提高曲轴的疲劳性优于其他表面强化工艺。
（5）淬火实验：采用国产实力最强公司生产的感应器，选择表2中的工艺参数，经曲轴本体解剖，检测数据见表3。
从表3的检测结果可以看出，满足表1的技术要求，因此确定工艺参数，经淬火后测量曲轴跳动100%满足要求。
（6）批量生产：借用表2中的工艺参数，投入20支曲轴进行试生产，完工后进行表面探伤及性能测量，满足表1技术要求，进入批量生产。
表2 调试功率参数
表3 检测数据结果
4. 机加工方面
（1）锻纲曲轴一般加工工艺流程是粗加工、淬火、半精加工、精加工和超精加工。曲轴加工中对中间轴颈跳动量要求大多在0.05mm左右，这给加工造成了很多困难。在加工中通过摸索，采取以下源头上控制法解决：由于锻纲曲轴毛坯加工余量较大，表面凹凸不平，且硬度高，首先在粗加工铣削后控制在0.2mm内，淬火及回火后小于0.5mm；精磨时在选定砂轮和头架转速后，严格控制进给磨削量，使切削力与中心架的支承力相平衡，以达到最终图纸要求的跳动量。
（2）在磨削淬火钢的过程中需要解决3个互相关联的关键问题：即工件表面烧伤度、表面粗糙度和微裂纹程度。
通过磨削试验，找出影响三者实质性的因素。在磨削加工时，磨粒起切削、刻划和划擦作用。大多数磨粒是负前角进行切削，并在较高的磨削速度条件下，使得表面层有很高的温度，产生磨削烧伤。磨削烧伤的原理是磨削温度高，烧伤与温度有十分密切的关系。因此，一切影响温度的因素都在一定程度上对烧伤有影响：砂轮进给速度vf增大，烧伤程度增大；砂轮速度vs增大，烧伤程度增加；工件回转速度vw增大，烧伤程度减轻。
磨削裂纹产生的原因也是热，而影响磨削裂纹的因素有：砂轮进给速度v增大将导致裂纹增加；砂轮回转速vs减小将导致裂纹减少；工件回转速度vw增加将导致微裂纹减少。
根据上述结论，选取了合理的砂轮转速或线速度、曲轴的回转速度、砂轮的粒度及软硬、磨削液的冷却性能等，从而使磨削裂纹由50%降低到2%，采用抛光新技术，提高了轴颈表面光洁度，从而提高了曲轴的疲劳强度；采用钻油孔模板压紧技术提高了生产效率。
5. 用曲轴疲劳实验机对新产品进行疲劳试验，以验证曲轴的可靠性和使用寿命。
技术创新点
1. 整体模锻
采用整体模锻技术，直接锻造出满足精度要求的毛坯，使曲轴基体具有良好的机械性能。
2. 感应淬火
采用感应淬火工艺，提高轴颈和圆角表面硬度，从而提高了曲轴的耐磨性，延长了曲轴的使用寿命，同时提高了曲轴的疲劳强度。
3. 机加工方面
（1）源头上控制法：对粗加工工序的切削参数进行控制，在精磨时选定合理的砂轮和头架转速，控制进给磨削量，使切削力与中心架的支承力相平衡，以达到最终图纸要求的跳动量；
（2）自有专利技术：采用曲轴止推面抛光装置、曲轴抛光机、曲轴清洗装置、曲轴钻油孔模板压紧装置及曲轴磨拐分度夹具对该曲轴进行加工，最终达到图纸要求。
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