內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件再制造技術(shù)及工藝流程淺析

王朝紅

摘要：目前再制造已成為我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要形式，在相關(guān)政策支持下再制造產(chǎn)業(yè)具有良好的發(fā)展前景。內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件再制造是“再制造計(jì)劃”中重要內(nèi)容，本文將對(duì)其再制造技術(shù)和工藝展開詳細(xì)分析。首先對(duì)該產(chǎn)業(yè)背景進(jìn)行相關(guān)介紹，然后著重對(duì)內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件再制造技術(shù)及工藝流程進(jìn)行探討，最后以某四缸柴油機(jī)曲軸為例，分析再制造設(shè)計(jì)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī);關(guān)鍵零部件;再制造技術(shù);工藝流程

再制造，主要是指對(duì)工業(yè)廢品實(shí)行專業(yè)批量修復(fù)和制造，具體分析就是將各種類型的廢舊產(chǎn)品回收，再根據(jù)零部件類型檢測，將具有相同再造價(jià)值的廢舊產(chǎn)品分為一類，結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行批量修復(fù)，使產(chǎn)品得到升級(jí)，在降低成本的同時(shí)大大提高性能，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)利用。再制造產(chǎn)業(yè)是我國工業(yè)規(guī)劃中的重要內(nèi)容，就其現(xiàn)實(shí)意義來看，具有較為廣闊的發(fā)展前景。

1.內(nèi)燃機(jī)再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景分析

工信部于2013年11月發(fā)布內(nèi)燃機(jī)再制造相關(guān)計(jì)劃（《內(nèi)燃機(jī)再制造推進(jìn)計(jì)劃》），計(jì)劃確定在“十二五”末使內(nèi)燃機(jī)再制造生產(chǎn)能力、整體規(guī)模以及技術(shù)和裝備水平得到有效提升。該計(jì)劃的頒布要對(duì)內(nèi)燃機(jī)整體以及關(guān)鍵零部件和裝備進(jìn)行再制造，使再制造技術(shù)水平有效提升。要建立再制造逆向物流體系，同時(shí)建立內(nèi)燃機(jī)再制造配套服務(wù)體系。計(jì)劃確定實(shí)現(xiàn)300億元的再制造生產(chǎn)規(guī)模，節(jié)約金屬4×105噸/年，節(jié)能3.5×105噸/年，形成內(nèi)燃機(jī)行業(yè)再制造逆向物流體系。我國市場保有量巨大，而內(nèi)燃機(jī)再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展受較多限制，使其規(guī)模較小，因此應(yīng)加大內(nèi)燃機(jī)再制造產(chǎn)業(yè)分析，在政策上大力支持，促進(jìn)內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件以及裝備再制造，大力推廣其運(yùn)營，推進(jìn)發(fā)展空間的擴(kuò)大[1]。

2.以內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件——某四缸柴油機(jī)曲軸為例，分析再制造技術(shù)

內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件眾多，曲軸是重要的關(guān)鍵零部件之一。本文以某四缸柴油機(jī)為再制造研究對(duì)象，對(duì)柴油機(jī)曲軸再制造進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)分析。

2.1某四缸柴油機(jī)曲軸

曲軸作為內(nèi)燃機(jī)重要關(guān)鍵零部件，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行中有著重要作用。某四缸柴油機(jī)曲軸的主要外觀形態(tài)特征如下圖1 所示：

圖1

曲軸在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)承載較大力，包括氣體壓力、往復(fù)慣性力以及離心力等。曲軸的主要功能是和連桿一起實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，向外輸出動(dòng)力。曲軸長期工作中，受其結(jié)構(gòu)影響剛性較差，易出現(xiàn)變形問題。對(duì)于一臺(tái)四缸柴油機(jī)來說，曲軸在柴油機(jī)的整個(gè)重量比例中占了約10%，而其成本則占整機(jī)的10-12%。換句話說，曲軸再制造的好壞直接影響整個(gè)柴油機(jī)，因此曲軸再制造過程至關(guān)重要。

2.2再制造基礎(chǔ)——曲軸失效分析

再制造技術(shù)的基礎(chǔ)既是設(shè)備的失效分析，要對(duì)關(guān)鍵零件的主要失效模式和影響進(jìn)行考慮。曲軸失效形式主要包括幾個(gè)方面，例如曲軸軸頸的過度磨損、長期運(yùn)行中造成的曲軸變形、曲軸軸頸的擦傷及磨損、止推面磨損等。這些失效問題都會(huì)直接影響內(nèi)燃機(jī)工作，且出現(xiàn)失效則使曲軸不具有再制造機(jī)會(huì)。影響這些失效問題的因素較多，以一個(gè)成熟的設(shè)計(jì)機(jī)型來看，在合理的壽命范圍內(nèi)，材料應(yīng)用、加工工藝以及裝配環(huán)節(jié)和施工過程都會(huì)出現(xiàn)因某種缺陷造成產(chǎn)品失效[2]。

2.3再制造技術(shù)及工藝流程

由于廢舊零部件磨損和腐蝕等失效主要發(fā)生在表面，利用各種表面技術(shù)和復(fù)合表面技術(shù)修復(fù)和強(qiáng)化廢舊零件的失效表面，是實(shí)施再制造的主要技術(shù)。在內(nèi)燃機(jī)的曲軸再制造上主要采用：

2.3.1納米電刷鍍技術(shù)

由于納米材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可用于制造超硬、高強(qiáng)、高韌超塑性材料和高性能陶瓷及高韌、高硬涂層，不僅能夠獲得質(zhì)量優(yōu)良的原材料，而且可以采用表面工程技術(shù)對(duì)零部件進(jìn)行維修或再制造，獲得高性能的零件或備品配件。

2.3.2高速電弧噴涂技術(shù)

電弧噴涂技術(shù)是熱噴涂技術(shù)的一種，也是表面工程的重要組成部分。該技術(shù)產(chǎn)生較早，興起于上世紀(jì)80年代。采用高速電弧噴涂技術(shù)能夠制備耐磨涂層、防腐涂層、防滑涂層等各種性能的涂層，應(yīng)用于磨損零件的修復(fù)和強(qiáng)化。

2.3.3其他技術(shù)

納米固體潤滑干膜技術(shù)、劃傷快速填補(bǔ)技術(shù)、超音速等離子噴涂技術(shù)等在內(nèi)燃機(jī)再制造中也將能發(fā)揮重要的作用。

2.3.4再制造工藝流程

內(nèi)燃機(jī)再制造，就是指將在市場上已達(dá)到使用壽命或者有故障的內(nèi)燃機(jī)回收后進(jìn)行完全拆解，對(duì)零部件進(jìn)行分類，其基礎(chǔ)件（包括缸蓋、缸體、曲軸、連桿等）經(jīng)過物理清洗、化學(xué)處理等方法，除去內(nèi)、外表面的油垢、水垢、漆層，然后進(jìn)行全面檢測、判斷，對(duì)不可修復(fù)的零部件直接廢棄，將可以修復(fù)再造的零部件加工至與新零件完全相同的設(shè)計(jì)要求;而對(duì)軸承、活塞、墊片等易損件則自然報(bào)廢，更換上原制造廠新零部件，裝配完成后，按要求對(duì)再制造內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行重新測試，生產(chǎn)出完全符合新機(jī)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求的再制造內(nèi)燃機(jī)。以柴油機(jī)為例，工藝流程如圖2所示

圖2 柴油機(jī)再制造工藝流程

前面已經(jīng)講到，曲軸是柴油機(jī)關(guān)鍵零部件之一，也是柴油機(jī)中價(jià)值較高的零件，曲軸的報(bào)廢將大大降低發(fā)動(dòng)機(jī)的再制造附加值，由此可見曲軸再制造在柴油機(jī)再制造中的意義。其工藝流程如圖3.

圖3 ?曲軸再制造工藝流程圖

2.4曲軸再制造設(shè)計(jì)技術(shù)分析

根據(jù)前面的曲軸失效分析， 曲軸的主要失效模式是曲軸軸頸的磨損和曲軸的扭轉(zhuǎn)與彎曲變形。對(duì)曲軸進(jìn)行再制造就是要恢復(fù)曲軸軸頸的尺寸精度， 可以采取的方式較多。例如，首先應(yīng)用熱噴涂、電刷鍍等方式[3]。但這種方式的經(jīng)濟(jì)成本還是較高，因此，出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，提出了再制造設(shè)計(jì)理念，在初始產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，從結(jié)構(gòu)（如尺寸公差等）設(shè)計(jì)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)考慮留有一定的裕度，在二次利用時(shí)能直接在原零件上實(shí)施再制造，進(jìn)行磨削等修復(fù)工藝， 保持足夠的強(qiáng)度，同時(shí)在磨削軸頸的同時(shí)， 可以矯正曲軸彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，實(shí)現(xiàn)原有功能，大大降低再制造成本。

作為具體的面向再制造的曲軸設(shè)計(jì)， 應(yīng)根據(jù)不同內(nèi)燃機(jī)的用途、工況、使用壽命等，采用不同的設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)推薦介紹一種方法：設(shè)計(jì)曲軸時(shí)在曲軸的主軸頸和連桿軸頸的直徑方向上留約 0.5～1mm 的再制造余量， 在再制造尺寸的分組方面， 可以在曲軸主軸頸和連桿軸頸的標(biāo)準(zhǔn)尺寸基礎(chǔ)上， 以每- 0.25mm為一個(gè)再制造尺寸組， 公差與原標(biāo)準(zhǔn)尺寸公差相同， 若留1mm的余量可以則可分為 4 個(gè)尺寸組。對(duì)于一般鋼制曲軸采用的是調(diào)質(zhì)處理，表面采用高頻淬火+低溫回火處理，綜合考慮再制造設(shè)計(jì)裕度以及在沒有特別要求的情況下曲軸在經(jīng)過再制造磨削后，一般不用進(jìn)行熱處理。但如果采用適當(dāng)?shù)谋砻鎻?qiáng)化熱處理方式， 將可以大大提高再制造后曲軸本身的疲勞強(qiáng)度和耐磨性;對(duì)于表面氮化處理的球墨鑄鐵曲軸來說，采用磨削方式加工后，因氮化層較薄，會(huì)影響使用壽命，因此一般需要重新氮化處理。

3.結(jié)束語

在內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件再制造過程中，要不斷創(chuàng)新技術(shù)，依靠高新技術(shù)有效提高舊件的利用率，促進(jìn)再制造零部件性能提升。我國內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件再制造，要建立一個(gè)資源共享的公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，依據(jù)創(chuàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)研發(fā)。為有效推進(jìn)內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件再制造工藝水平的提升，要大膽嘗試新材料，新技術(shù)以及新檢測設(shè)備，推進(jìn)整體產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]于永初.內(nèi)燃機(jī)再制造推進(jìn)計(jì)劃“看得見”、“摸得著”——專訪中國內(nèi)燃機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長葛紅[J].汽車零部件，2014，09（28）：112～114.

[2]王志堅(jiān).裝備零件激光再制造成形零件幾何特征及成形精度控制研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2010（11）.