發(fā)動機曲軸生產(chǎn)過程中的檢測設(shè)備

濱州海得曲軸有限責(zé)任公司 （山東 256600） 李永真 張 輝

曲軸工作中主要承受交變彎曲扭轉(zhuǎn)載荷及沖擊載荷，這些載荷不僅數(shù)值大，而且呈周期性變化。其在工作中主要失效形式有兩種：疲勞斷裂和軸頸表面磨損。根據(jù)曲軸的服役條件，曲軸必須具有足夠的強度、抗沖擊性能、抗疲勞性能及較好的耐磨性。那么就要求使用完善的檢測設(shè)備對整個生產(chǎn)過程進行監(jiān)控，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性及可靠性。

用于生產(chǎn)曲軸的材質(zhì)一般是鍛鋼、球墨鑄鐵，成分、組織、性能、外觀尺寸是衡量產(chǎn)品是否滿足圖樣要求的關(guān)鍵特性指標(biāo)，本文就曲軸生產(chǎn)過程所需的檢測設(shè)備分類進行闡述。

一、化學(xué)成分檢測儀器

性能取決于組織，組織取決于成分，成分由鑄造過程所決定。在成分一定的情況下，而組織又取決于化學(xué)成分、加工工藝，熱處理是改變組織的主要工藝手段。鋼類曲軸化學(xué)成分、球墨鑄鐵類曲軸鑄造用原材料及爐前鐵液化學(xué)成分的控制非常重要，可以使用比色計、聯(lián)測儀、光譜儀等設(shè)備進行定量分析（見附表），使之控制在技術(shù)要求的范圍內(nèi)。

檢測特性指標(biāo)的設(shè)備列表

1.比色計

比色計是通過把被測試樣溶解后的溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液顏色的比較進行定量分析的儀器，主要用于對所測材料的顏色、色調(diào)、色值進行測定及分析。它是化學(xué)分析不可或缺的檢測儀器，用于硅、錳、磷、稀土總量、鎂、銅、鉬等元素的測定，操作簡單，準(zhǔn)確度高，是光譜儀不能替代的。

2.碳、硫紅外聯(lián)測儀

以熱釋電傳感器為核心，由高頻感應(yīng)燃燒爐和微機控制系統(tǒng)組成，集光、電、計算機、分析技術(shù)于一體的智能化紅外分析儀器。具有測量值范圍寬，抗干擾能力強，操作簡單，以及分析結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)勢。主要用于爐前原材料、爐前鐵液中碳、硫的定量分析。

3.光譜儀

利用光的色散、吸收、散射的現(xiàn)象，激發(fā)試樣得到與被測試樣有關(guān)的光譜，通過計算機采集數(shù)據(jù)從而對其各元素進行定量分析的物理光學(xué)儀器。其特點是操作簡單，分析速度快，選擇性好，靈敏度高，準(zhǔn)確性好，可同時檢測被設(shè)定的所有元素組分含量。像直讀光譜儀應(yīng)用于鋼鐵曲軸爐前鐵液的快速分析，為爐前成分結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供依據(jù)，可杜絕批量廢品事故的發(fā)生。日本OES－5500、德國GS－1000型直讀發(fā)射光譜儀等是很好的選擇。

二、力學(xué)性能試驗設(shè)備

材料試驗室進行鑄造、熱處理工藝檢驗應(yīng)配置的力學(xué)性能試驗設(shè)備，有拉力試驗機、硬度計、沖擊試驗機、疲勞試驗機等。

1.拉力試驗機

像電子拉力試驗機、萬能材料試驗機等主要用于材料的拉伸、彎曲、剪切等試驗，以測定材料最基本的力學(xué)性能指標(biāo)，如屈服強度、抗拉強度、伸長率、斷面收縮率、抗彎強度等，為合理選材、確定熱處理工藝等提供依據(jù)。常用的試驗機一般分機械式和液壓式，比較先進的有電子拉伸試驗機和自動試驗機。WE－60液壓式萬能材料試驗機、萬能電子拉伸試驗機都是很好的選擇?？筛鶕?jù)技術(shù)參數(shù)如試樣直徑、最大試驗力、試驗力測量范圍等對試驗機作出選擇。

2.硬度計

硬度是金屬材料力學(xué)性能中最常用的性能指標(biāo)之一，是表征金屬在表面局部體積內(nèi)抵抗變形或破裂的能力，它不僅與材料的靜強度、疲勞強度存在近似的經(jīng)驗關(guān)系，還與冷成形性、切削性等工藝性能也間接存在某些聯(lián)系，因此硬度值對于控制材料冷熱加工工藝質(zhì)量有一定的參考意義。常用的硬度計有精度高的臺式布氏硬度計、臺式洛氏硬度計、維氏硬度計，用于試驗室精測；適用于工序檢驗的有里氏硬度計、便攜式洛氏硬度計、便攜式布氏硬度計等。

3.沖擊試驗機

沖擊試驗機是檢測材料脆性或韌性的設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。沖擊試驗是為獲取試樣在沖擊試驗機上一次沖斷單位面積所消耗的功，是表征材料脆性或韌性的性能指標(biāo)，其數(shù)值越大，說明韌性越好，反之脆性大。沖擊試驗是最容易獲取材料動態(tài)性能的試驗方法，可直接用沖擊試驗機來測定材料動態(tài)斷裂韌度或止裂韌度。普通的擺錘式試驗機、先進的帶有沖擊示波裝置和電子計算機的沖擊試驗機，可滿足不同的要求。

4.疲勞試驗機

疲勞試驗機是一種通用的振動試驗系統(tǒng)，可用于機械零件的耐久性試驗或機械結(jié)構(gòu)振動特性的測量，是綜合考量零件的設(shè)計、鑄造、熱處理、機械加工等質(zhì)量的試驗設(shè)備。在耐久性試驗中，根據(jù)被測零件對載荷的要求，系統(tǒng)對試件可施加拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)或彎扭復(fù)合載荷，控制回路保持載荷恒定并使系統(tǒng)始終處于共振狀態(tài)。應(yīng)用于曲軸彎曲疲勞試驗、曲軸扭轉(zhuǎn)試驗等，為產(chǎn)品開發(fā)、工藝試驗提供理論依據(jù)。如東風(fēng)工藝研究所研制的PDC－1、PDC－2電動諧振疲勞試驗機已得到廣泛應(yīng)用。

三、顯微鏡

顯微鏡是試驗室用來進行顯微組織分析的儀器，是用光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡觀察金屬內(nèi)部的組成相及組織組成物的類型，以及它們的相對量、大小、形態(tài)及分布等特征。顯微組織分析是材料及熱處理工藝質(zhì)量檢驗與控制的重要方法。

1.光學(xué)顯微鏡及圖像分析儀

光學(xué)顯微鏡是分析顯微組織最簡單、最常用的重要儀器，是靠光學(xué)透鏡——物鏡及目鏡，獲得顯微組織放大成像的檢測儀器。

光學(xué)顯微鏡可配圖像分析儀，自動圖像分析儀可利用計算機處理圖像信息，包括幾何信息如尺寸、數(shù)量、形態(tài)、位置及色彩等，還可直接計算出三維組織特征參量，并自動完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理。圖像分析儀測量速度快，測定項目多，還可避免人為誤差，測量精確度高。

圖像分析常進行的項目有：第二相的體積分?jǐn)?shù)；各類夾雜物數(shù)量、形狀、大小及分布；碳化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等。因此，為提高圖像分析儀的測量精度，除配備分辨率高的顯微鏡外，還應(yīng)保證良好的制樣質(zhì)量。

2.掃描電鏡

掃描電子顯微鏡是進行曲軸斷口分析的有力工具。掃描電鏡是利用掃描線圈使經(jīng)聚焦的電子束在試樣表面上掃描，引起二次電子發(fā)射，經(jīng)過接收、放大輸入顯像管。對顯像管進行調(diào)整，使顯像管熒光屏上形成二次電子圖像。其特點是可以直接觀察較大的樣品，放大倍數(shù)可連續(xù)增大，清晰顯示斷口凹凸形貌，測定樣品微區(qū)化學(xué)成分，以及確定晶體取向等，用途寬泛。有的掃描電鏡還可兼作電子衍射儀和電子探針等方面的工作。

四、測量儀

1.曲軸綜合測量儀

用于在線抽檢和試驗室精測，一次裝卸就能夠快速、準(zhǔn)確對曲軸進行綜合測量，同時對所測的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、輸出和打印。曲軸的檢測主要是對主軸頸的開檔面和兩類軸頸的測量，測量項目包括：直徑、半徑、圓度、圓柱度、直線度、輪廓度等，全尺寸的檢驗，快速、高效、精確，1h內(nèi)能精確測量四缸曲軸10～15根。例如ADCOLE公司生產(chǎn)的曲軸、凸輪軸綜合測量機，該設(shè)備采用立式頂尖定位零件，機械接觸式測量，回轉(zhuǎn)主軸角向定位精度可達到1″，主軸徑向圓跳動可達0.25μm，徑向測量精度可達0.5μm，軸向直線精度可達0.5μm/50mm，每周采點數(shù)為3600點，測量精度高，重復(fù)性好，是曲軸制造業(yè)不可或缺的在線抽檢及終檢設(shè)備。

2.表面粗糙度測量儀

對曲軸表面粗糙度進行檢測的儀器，結(jié)構(gòu)簡單，由主機和傳感器兩部分組成。測量工件表面粗糙度時，將傳感器放在工件被測面上，由儀器內(nèi)部的驅(qū)動機構(gòu)帶動傳感器沿被測表面作等速滑行，傳感器通過內(nèi)置的銳利觸針感受被測表面的粗糙度，此時工件被測表面的粗糙度引起觸針產(chǎn)生位移，該位移使傳感器電感線圈的電感量發(fā)生變化，從而在整流器的輸出端產(chǎn)生與被測表面粗糙度成比例的模擬信號，該信號經(jīng)過放大及轉(zhuǎn)換后進入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進行數(shù)字濾波和參數(shù)計算，測量結(jié)果出現(xiàn)在顯示器上。

表面粗糙度儀按功能分為表面粗糙度儀、粗糙度形狀測量儀、表面粗糙度輪廓儀?？蓱?yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，測量曲軸的表面粗糙度，以便于精加工工序的質(zhì)量控制。

五、無損檢測設(shè)備

在鑄造、熱處理、機加工過程造成的近表面缺陷如裂紋、發(fā)紋、氣孔、折疊及夾雜物等嚴(yán)重影響曲軸的性能，使得其會在低于本身的疲勞強度的情況下產(chǎn)生早期疲勞斷裂，那么采用無損檢測技術(shù)可有效地控制缺陷對曲軸甚至發(fā)動機產(chǎn)生的風(fēng)險，且能保持曲軸的完好。

1.磁粉無損檢測儀

磁粉無損檢測儀是金屬加工業(yè)廣泛應(yīng)用的檢測手段，是將待測磁性金屬工件加以磁化，借助于磁粉顯示鐵磁性材料漏磁場的分布，從而發(fā)現(xiàn)材料表面及近表面缺陷如裂紋、發(fā)紋、氣孔、折疊及夾雜物的一種無損檢測技術(shù)，其操作簡單，不損傷工件，靈敏性好，效率高。

用于曲軸最后的成品檢驗，保證其在經(jīng)過鑄造、機械加工、熱處理后，在表面上不產(chǎn)生缺陷；也可用于半成品，如感應(yīng)淬火或氮碳共滲前的檢驗，以發(fā)現(xiàn)原來就存在的缺陷，并由此為下道工序出現(xiàn)的質(zhì)量問題制訂預(yù)防措施。

2.音頻無損檢測儀

音頻無損檢測儀檢測缺陷的基本原理是根據(jù)敲擊被測件發(fā)出聲音的頻率，通過聲波收集器收集聲波，經(jīng)模擬器分析聲波的共振頻率，再與標(biāo)樣錄取的共振頻率比較，計算機自動判斷識別Pass或Fail。音頻無損檢測，采用計算機自動控制，準(zhǔn)確率高，是一種經(jīng)濟、有效、可靠的無損檢測技術(shù)，適用于大批量曲軸生產(chǎn)的無損檢測。

六、結(jié)語

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，同行業(yè)競爭也日趨激烈。曲軸作為發(fā)動機的重要零部件，它的質(zhì)量控制越來越嚴(yán)格，檢測手段越來越先進。檢測設(shè)備作為曲軸生產(chǎn)制造的質(zhì)量控制手段，也代表企業(yè)的技術(shù)水平。

有的曲軸生產(chǎn)廠家，引進日本或德國產(chǎn)的檢測設(shè)備，以提升自己的技術(shù)競爭力。檢測設(shè)備應(yīng)按化學(xué)成分檢測、力學(xué)性能試驗、金相分析、全尺寸檢測、表面無損檢測等種類配備，設(shè)備應(yīng)具有先進、高效、精確等特點，以便于曲軸關(guān)鍵特性指標(biāo)的有效控制，更有利于曲軸乃至汽車行業(yè)的發(fā)展。

（20121105）