Процесс изготовления коленчатого вала и его особенности

Коленчатый вал является основным компонентом двигателя, играя решающую роль в преобразовании возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение и передаче мощности. В связи с тяжелыми условиями эксплуатации он должен обладать высокой прочностью, высокой жесткостью и превосходной износостойкостью. Поэтому процесс изготовления коленчатого вала чрезвычайно сложен и требует выполнения множества сложных и точных операций.

Выбор материала коленчатого вала:
Для изготовления коленчатого вала обычно используется высококачественная легированная сталь или ковкий чугун. Наиболее распространённые материалы включают 40Cr, 42CrMo, сталь 45# и QT700-2. Эти материалы обладают превосходной прокаливаемостью и усталостной прочностью, а также способны выдерживать огромные ударные нагрузки и крутящий момент, возникающие при высокоскоростной работе.

Ковка коленчатого вала:
Ковка является ключевым процессом формовки коленчатого вала и в основном делится на открытую ковку и ковку в штампах. Коленчатые валы для малолитражных и средних транспортных средств в основном изготавливаются методом ковки в штампах, что обеспечивает высокую точность формовки и эффективность производства. Перед ковкой заготовка должна быть нагрета примерно до 1150–1250 °C для обеспечения хорошей пластичности. С помощью нескольких процессов, включая предварительную и окончательную ковку, черновая заготовка первоначально формируется в общий контур коленчатого вала.

Термообработка коленчатого вала:
Термообработка является важным этапом производства коленчатого вала, в первую очередь направленным на улучшение механических свойств и увеличение срока службы коленчатого вала. Распространенные процессы термической обработки включают нормализацию, закалку с отпуском и цементацию. Нормализация снимает ковочные напряжения и измельчает размер зерна; Закалка и отпуск дополнительно повышают прочность и вязкость. Некоторые высокопроизводительные коленчатые валы также требуют высокочастотной закалки или индукционной закалки для достижения высокой твердости поверхности шеек коленчатого вала и повышения износостойкости.

Механическая обработка коленчатого вала:
После ковки и термообработки коленчатый вал проходит несколько операций механической обработки для достижения точных допусков размеров и геометрии. Основные процессы включают в себя:

Черновая обработка: точение удаляет излишки металла и предварительно обрабатывает шейки.

Получистовая обработка: выполняется дальнейшая механическая обработка различных частей коленчатого вала с оставлением небольшого количества припуска.

Чистовая обработка: используется тонкое шлифование и полирование для обеспечения соответствия коренных и шатунных шеек проектным размерам, качеству поверхности и геометрической точности.

Динамическая балансировка коленчатого вала: для обеспечения плавной работы двигателя коленчатый вал должен быть динамически сбалансирован после механической обработки. Благодаря сверлению отверстий в противовесах или установке балансировочных блоков достигается равномерное распределение массы коленчатого вала, что снижает вибрацию и шум во время работы и продлевает срок службы двигателя.

Контроль качества коленчатого вала: После изготовления коленчатый вал проходит строгий контроль качества, включающий контроль размеров, испытание на твердость, металлографические испытания и дефектоскопию, чтобы гарантировать отсутствие в изделии дефектов, таких как трещины и включения, и его соответствие техническим требованиям.