一、連杆（gǎn）

      連（lián）杆的製造材料傳統上采用中碳鋼和中碳合金結構鋼，鍛造成形。目前，連杆開始（shǐ）大量應用高碳鋼、可鍛鑄鐵（tiě）、球（qiú）墨鑄鐵、粉末（mò）鍛造和低碳合（hé）金鋼（用於滲碳連杆）等新材料（liào）。而應用最廣泛的是（shì）高碳鋼和粉末鍛造兩種。

      1.高碳鋼

      高碳鋼連杆鍛造後直接空冷就（jiù）可得到所需要的（de）性能（néng），省（shěng）去了調質（zhì）熱處理工序。

      2.粉（fěn）末鍛造

      粉末鍛造（zào）是由粉（fěn）末冶金與鍛造相結合形成的一種（zhǒng）新材料技（jì）術和新型金屬成形工藝，粉末鍛造通（tōng）常是指將粉末燒結的預成形坯經加熱後，在閉式模中鍛造成零件（jiàn）的成形工藝方法。

      3.漲斷工藝（yì）應用

      粉末鍛（duàn）造連杆產業快（kuài）速成長的關鍵因（yīn）素在於（yú）漲斷工藝的（de）應用。粉末冶金連杆由於（yú）配粉時的精確稱量及采用閉（bì）式模鍛技術，零件重量誤差很小（xiǎo），尺寸公（gōng）差可控製在普通連杆的1/5以內。連杆的整體質量減輕10%以上，材料可節約40%，機加工工序減少47%，能源消耗可節約50%，零件生產成本可降低10%。

      漲斷工藝（yì）連杆毛坯和傳統工藝毛坯的（de）區別（見圖1），前者大頭孔（kǒng）為圓形，後者為橢圓形。

       漲斷技術在連杆加工發展史上具有劃時代的意義。由於結合麵（miàn）的特殊形狀，使連杆（gǎn）蓋定位準確，保證（zhèng）了連杆在使用過程中的精度；連杆不需要采用高精度的定（dìng）位螺栓，普（pǔ）通螺栓就能滿足（zú）性能要求，並（bìng）省去了螺母，因此降低了連（lián）杆零件的（de）總成本；連杆（gǎn）毛坯的大頭孔為圓形，降低了毛坯金屬（shǔ）材料的消（xiāo）耗和模具費用，簡化了連杆大（dà）頭孔的粗加工；省去了（le）切斷及結合（hé）麵（miàn）的加工，節省了大量刀具和模具費用；減少了設備（bèi）操作（zuò）人員。據計（jì）算，采用漲斷工藝後可以減少設備投資達25%以上，減（jiǎn）少設備占（zhàn）地麵積（jī）達30%以上，節約能耗40%以（yǐ）上，節約刀具費（fèi）用35%以上。

      連杆漲（zhǎng）斷也（yě）在技術上帶來新的問題，如連杆分離麵斷開之後，在分離（lí）麵上有些金屬粉（fěn）粒未脫落，需（xū）要先吹淨分離麵才裝配連（lián）杆與連杆蓋，裝配完（wán）畢再（zài）鬆開並第二次吹（chuī）淨其分離麵，然後（hòu）再裝配連杆與連（lián）杆蓋。所（suǒ）以，采用漲斷工藝（yì）後的（de）連杆裝配工藝比傳統工藝要複雜。

      目前，連杆漲斷加工工藝在國（guó）內已被廣泛使用。上海大眾、一汽大眾、華（huá）晨和奇瑞等廠家均采用此種（zhǒng）連（lián）杆工藝，一些專業的連杆製造廠家也開始采用此工藝。國內裝備（bèi）製造廠家已（yǐ）製造出相（xiàng）關的專用設（shè）備。

      二、凸輪軸

      1.凸輪軸的材料

      凸輪軸目前常用的材料（liào）有球墨（mò）鑄鐵、中碳鋼、合金鑄（zhù）鐵及冷激鑄鐵等。

      2.凸（tū）輪軸裝配工藝

      為了避免鑄鐵冷激工藝的不足，有些廠家在凸輪表麵的強（qiáng）化上（shàng）采用了（le）"氬弧重（chóng）熔淬火（huǒ）"技術，利用（yòng）電（diàn）弧束，對灰鑄（zhù）鐵（tiě）凸輪軸工（gōng）作表麵進行硬化，此工（gōng）藝生產（chǎn）的凸輪軸耐磨性和熱穩定性（xìng）好，生產合格率高，淬（cuì）火前（qián）加工性好。工藝過程（chéng）包含清洗、整體預熱、局部重熔淬火和整體冷卻4個工步。

      凸輪軸裝配工藝方法主要有：

      （1）熱套法常溫下，外部（bù）零件（jiàn）的孔和內部鋼管（guǎn）的外徑（jìng）之間有（yǒu）過盈，裝配（pèi）之前先對外部零件（jiàn）（凸輪、軸（zhóu）套）進行加熱，對內部（bù）鋼管進行冷卻。這種工藝方法在短暫時（shí）間（jiān）內（nèi）完成聯接過程，在軸向尺（chǐ）寸（cùn）和角（jiǎo）度位置方麵都有很高（gāo）精度（dù）。

      （2）管內滾壓擴張法利用滑動（dòng）滾壓原理使得薄壁鋼管在帶孔（kǒng）的外部零件中發生局部的擴（kuò）張。可以利用帶有滾壓過盈量，穿過內管的滾壓工具（jù），使內管發生（shēng）塑性擴張。上海通用發動機裝配式凸輪軸就采用鋼球在鋼管內部（bù）擴張方式。

      （3）內部高壓成形法（IHU見圖2）已經淬硬的凸輪圈與利用（yòng）內部的（de）高壓力，使（shǐ）鋼管變形形成軸向（xiàng）聯接。通過（guò）在凸輪旁將鋼管材料往（wǎng）外壓出0.1mm左右而達到凸（tū）輪（lún）的軸向定位。

      （4）滾花連接（jiē）（見圖3）也屬於過盈裝配。區別在於連接耦合麵（miàn）之一（yī）以滾花成形麵代替原來的圓柱麵，即裝配前軸（zhóu）體表麵連接處被預製成類似花鍵形狀，在壓入過程中由於加工硬化現象，軸體上（shàng）滾擠出的三角形齒類（lèi）似於冷擠壓過程的衝頭，凸輪壓入軸中時三角形齒與凸輪內壁發生塑性（xìng）和切削變形，使得三角形齒鑲嵌在凸輪中，從而達（dá）到牢靠連接的目的（de）。

      3.裝（zhuāng）配式凸輪軸製造工藝特點（diǎn）

      談到凸輪軸必須提（tí）到的一（yī）個具有革命性的（de）新技（jì）術就是裝配式凸輪軸。它與傳統整體式凸輪（lún）軸相比，具有質量輕、加工成本低、材料利用（yòng）合理等優點。

      裝配式凸輪軸是將凸輪、空心軸體和支撐軸（zhóu）頸等分別（bié）進行材料（liào）優化匹配，分體精密加（jiā）工，再以某種連接方式（shì）裝配而成。凸輪（lún）一般采用碳鋼或粉末（mò）燒結材料，軸體則采用中空無縫鋼管，碳鋼凸輪經冷、溫精密鍛造成形，並（bìng）進（jìn）行高頻淬火或滲（shèn）碳處理，凸輪也（yě）可由粉末燒（shāo）結材料通（tōng）過精密燒結成形技術燒結成形。裝配式凸（tū）輪軸的製造工藝特點有以下幾個方麵（miàn）：

      （1）省略了毛坯件粗（cū）加工，工藝流程簡單裝配式凸輪（lún）軸隻需要在裝配後進行半精（jīng）加工和精加工。

      （2）加工餘量小各凸輪（lún）采（cǎi）用精鑄部件，因而加工餘量小（xiǎo），減少了主（zhǔ）油道的加工，設備加（jiā）工單件時間短，產能高，有利（lì）於規模（mó）化生產。

      （3）不同（tóng）的零件可使用不同的材料裝配式凸輪軸可在不同零件上采用不同材料。如凸輪采（cǎi）用粉末冶金或鑄鋼（gāng），凸輪軸采用冷拔鋼管。

      （4）適應產品多品種柔性化要求通過更換不同的軸頸和磨削不同的凸（tū）輪型線（xiàn）即可生產出多品種的凸輪軸。生產線隻需通（tōng）過更換安裝盒中的軸頸模具和切換磨床程序即可。

      與傳統的一體式凸輪軸相比，鋼質軸體中空（kōng）裝配式凸輪軸可減輕（qīng）質量25%～46%，凸輪軸是一種不斷加速（sù）和減速的（de）旋轉質量，其加速和減速伴隨著能量的消（xiāo）耗，減輕（qīng）凸輪軸的質量對發動機節能具有重要意義。

      三、曲軸（zhóu）

      相對來說，曲軸（見圖4）的製造技術在近年來發（fā）展變化不大。在材料的選用（yòng）上曲軸主要有鍛鋼和球墨鑄鐵兩大類。而由於球墨鑄鐵的切（qiē）削性能良好，和（hé）鋼質曲軸一樣可以進行各種熱處理和表麵強化處理來提高曲軸的抗疲勞強度（dù）、硬度和耐磨性，更重要的是球墨鑄鐵曲軸（zhóu）成本隻（zhī）有調質鋼曲軸成本的1／3左（zuǒ）右，所以球墨鑄鐵（tiě）曲軸在國內外得（dé）到（dào）了越來（lái）越廣（guǎng）泛應（yīng）用。目前，歐美的85%以上發動機、日本60%以上的（de）發動機采用球墨鑄鐵曲軸。

      在曲軸的表麵強化技術上各廠家采用的技術主要有：

      1.表麵感應淬火

      強化機（jī）理：表層材料硬度提高，圓（yuán）角形成（chéng）殘餘壓應力。

      強化效果（guǒ）：零件彎曲疲勞極限提高幅度，鍛鋼曲（qǔ）軸在80%以上，球鐵曲軸在20%左右。

      鋼＋軸頸及圓角表麵感應淬（cuì）火：是目前承載能力最（zuì）高的一種曲軸材料工藝組合，為重型及高爆壓發動機所廣（guǎng）泛采用，但其工藝難度較大（變形、淬硬層均勻性、圓角表麵（miàn）質量等）。

      2.氮化

      強化機理：表層形成（chéng）硬化層，圓角產（chǎn）生殘餘（yú）壓應力。

      強化效果：彎曲疲勞極限提高幅度，鍛（duàn）鋼曲軸在30%～60%；球鐵（tiě）曲軸在20%～40%。

      氮（dàn）化（huà）屬於一種整體表麵處理工藝，因其能耗高（gāo）、效率低、成本高、強化效果有限、對環（huán）境造成汙染等缺點，將逐步被淘汰。

      3.圓角滾壓

      強化機理：圓角形成大的殘餘壓應力場，表層材料冷作硬（yìng）化。強化效果：零件彎曲疲勞極限提高（gāo）幅度，鍛鋼曲軸在80%以上，球鐵曲軸在100%以上。球鐵＋軸頸表麵感應淬火＋圓角滾壓是目前性價比（bǐ）最高的一種曲（qǔ）軸材料工藝組（zǔ）合，雖然其疲（pí）勞強度較同等圓角淬火鋼（gāng）曲軸低15%左右，但它具有成（chéng）本下（xià）降40%~50%、減重8%以上、耐磨性好、減振降噪等（děng）優點。

      圓角滾壓（yā）球鐵曲軸廣泛應用於輕型車和（hé）轎（jiào）車（chē）發動機，它在相當程度（dù）上可取代鍛鋼曲軸用於（yú）中（zhōng）等增壓的柴油機。

      四、缸體、缸蓋

      缸（gāng）體、缸蓋（見圖5）作為發動機最核心的零部件，是幾乎所有（yǒu）發動機廠家都是必選的自製件項目。

      缸體、缸蓋的材料和毛坯製造工藝有了很大的發展。

      1.缸體、缸蓋的材料

      灰口鑄鐵由於其具有（yǒu）缺口（kǒu）敏感性（xìng）高、機械強度較低等缺點，逐步被抗拉（lā）強度、屈（qū）服強度、塑性、衝擊（jī）韌性高，耐磨、減振、工藝（yì）性能好的球墨（mò）鑄鐵所替代。但是（shì）球墨鑄鐵也存在鑄造工藝性能（néng）差，成分控製要求高，流動性較差，收縮較大等缺點。而蠕墨鑄鐵具有（yǒu）球墨鑄鐵的強度，又有與灰鑄鐵相比又有類似的防振（zhèn）、導熱能力及（jí）鑄造性能，在大功率發動機氣缸體（tǐ）和（hé）柴油機氣缸蓋上應（yīng）用越（yuè）來越廣泛。

      （1）鋁合（hé）金鋁合金是汽車上應用發展最（zuì）快和最廣泛（fàn）的輕金屬（shǔ），它（tā）的（de）優點非常顯著：①鋁代鐵，每采用1kg鋁，大約可減輕汽車自重（chóng）2kg。②工藝性好，鋁合（hé）金熔點低，可（kě）采用先進的金屬模型（xíng）工藝，生產效率高（gāo），尺寸精確，表麵（miàn）光潔。③加工餘量小，鋁合金的切削（xuē）速度也可（kě）為鐵的幾倍，機加工的綜合成本低。

      （2）鎂合金而在最近鎂合金由又異軍突起，成為高檔（dàng）發動機的重要選材之一，它的突出優勢是：①比強度和比剛（gāng）度高優於鋼和鋁合金，遠大於工程塑（sù）料。②具有耐高溫、抗腐蝕和抗蠕變性（xìng）能。③它比鋁（lǚ）輕1/3，比鋼鐵輕3/4，比非金屬的塑料還輕1/5。④鑄造工藝性好。壓鑄鎂合金有可鑄造性的突出優勢，鑄造壁厚可以達到1～1.5mm，拔模斜度1°～2°。

      2.缸體、缸蓋的鑄造方法

      傳統的有色（sè）金屬鑄造一般采用的方法包括重力鑄（zhù）造（zào），低壓（yā）鑄造和壓力鑄造發展比較快的新（xīn）鑄造方（fāng）法主要有消失模技術和半固態成形技術。

      （1）消失模技術消失模技術作為一種比較先進的鑄造方法，它的技術要點是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘接組合成模型（xíng）簇，刷塗耐火塗料並烘幹後，埋在幹石英砂中振動造形，在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占（zhàn）據模型位（wèi）置，凝固冷（lěng）卻後形（xíng）成鑄件。它的優點是：①鑄件精（jīng）度高（gāo）。該工（gōng）藝無需取模、無分型麵、無砂芯，因而鑄件沒有飛邊、毛刺和拔（bá）模斜度，並減（jiǎn）少了由於型芯組合而造成的尺寸誤差（chà）。鑄件表麵質量（liàng）好加工（gōng）餘（yú）量小，和傳統鑄造方法相（xiàng）比，可以減少（shǎo）40%～50%的機械加工量。②設計（jì）靈活。可以通過泡沫塑料模片組合鑄造出高度複雜的鑄件。③無傳統鑄造中的砂芯。因此不會出現傳統砂型鑄造中因砂芯尺寸不準或下芯位置不準（zhǔn）確造成鑄件壁（bì）厚不均。④清潔生產。型砂中無化學粘接劑，低溫下泡沫塑料對環境無害（hài），舊砂回收率95%以上。

      其材料的適用性好與差的順序大致是灰鑄鐵－非鐵合金－普通碳素鋼－球墨鑄（zhù）鐵－低碳鋼和（hé）合（hé）金鋼（gāng）。

      消失模鑄造工藝在發動機上的應用（yòng）主要是製造鋁合金缸蓋，從1990年開始通用，菲亞特、寶馬等公司（sī）相繼（jì）建成了（le）大規模的消失模鑄（zhù）造生產線，PSA集團（tuán）也使用消（xiāo）失模（mó）技術生產鋁缸蓋。

      （2）半固態成形技術半固態成（chéng）形技術是（shì）由於處於固－液相區間的（de）合（hé）金（jīn）經過連續攪拌後呈現出低的表觀粘（zhān）度，此時在結晶過程中形成（chéng）的樹枝（zhī）晶被粒狀晶代替。這種漿料很容（róng）易變形，隻要加很小的力（lì）就可以充填複雜的型腔，從而開發出一種新的金屬成形方（fāng）法--半（bàn）固態金屬成形。

      半（bàn）固態壓鑄成形技術的（de）優點主（zhǔ）要是廢品率（lǜ）的降低；模具壽命延長；表麵致密、缺陷少，降低表麵處理（lǐ）等後處理費用；可製造普通液態成形不能（néng）製造的零件。

      目前，此項技術在汽車上機加件的應用主要還是一些尺寸較小的零件，據稱本田公司已成功地把"半（bàn）固態鑄造技術"用於其最新的轎車柴油機鋁合金缸體的生產。它較（jiào）同（tóng）尺寸的常規鑄鐵（tiě）缸體減輕了15kg，而剛度卻（què）顯著增加。

      3.缸體曲軸箱（xiāng）軸承座裂解加工

      在缸體的製造上還要提到的一個新技術就是"缸體曲軸箱軸承座裂解加（jiā）工工藝"。它是（shì）受連杆漲斷工藝的啟發，將本體軸承座和軸承蓋鑄造成一體的缸體，人為地（dì）製成裂解槽，然後用特定方法控製裂紋擴展，達到本體軸承座與軸承（chéng）蓋分離。

      附表是工藝流程的對比：

      裂解工（gōng）藝使曲（qǔ）軸箱軸承座由分體加工變（biàn）為（wéi）整體（tǐ）加（jiā）工，省去了（le）缸體與主軸承座結合麵的加工等工序，具有加工工序少、節（jiē）省精加工設備（bèi）、產品（pǐn）質量高、生產成本（běn）低（dī）等優點。據（jù）德（dé）國大眾（zhòng）汽車公司計（jì）算，就軸承座的（de）裂解加工而（ér）言，可以減（jiǎn）少（shǎo）設備投資30%，節省量輔（fǔ）具費（fèi）用40%，節約動能40%。可見（jiàn）裂解工藝的經濟效益是明顯的。

      綜上所（suǒ）述，當今發動機機加件的（de）製造技術的技術進步得益於材料、鑄造（zào）、設備、工藝、檢測和電子（zǐ）等多方麵的技術發（fā）展，呈（chéng）現跨學科、跨專業、綜合性的特點。發動機的零部（bù）件（jiàn）的新技術應用（yòng），不（bú）單單是零件本身材質和加工方法的變革，而且和（hé）發動（dòng）機產品的改進密不可分，同時它（tā）也促進（jìn）了（le）發動（dòng）機（jī）產品的技術進步。