內燃機關鍵零部件再制造技術及工藝流程淺析

王朝紅

摘要：目前再制造已成為我國發展循環經濟的重要形式，在相關政策支持下再制造產業具有良好的發展前景。內燃機關鍵零部件再制造是“再制造計劃”中重要內容，本文將對其再制造技術和工藝展開詳細分析。首先對該產業背景進行相關介紹，然后著重對內燃機關鍵零部件再制造技術及工藝流程進行探討，最后以某四缸柴油機曲軸為例，分析再制造設計技術。

關鍵詞：內燃機;關鍵零部件;再制造技術;工藝流程

再制造，主要是指對工業廢品實行專業批量修復和制造，具體分析就是將各種類型的廢舊產品回收，再根據零部件類型檢測，將具有相同再造價值的廢舊產品分為一類，結合先進的技術進行批量修復，使產品得到升級，在降低成本的同時大大提高性能，實現環境保護，實現循環經濟利用。再制造產業是我國工業規劃中的重要內容，就其現實意義來看，具有較為廣闊的發展前景。

1.內燃機再制造產業發展背景分析

工信部于2013年11月發布內燃機再制造相關計劃（《內燃機再制造推進計劃》），計劃確定在“十二五”末使內燃機再制造生產能力、整體規模以及技術和裝備水平得到有效提升。該計劃的頒布要對內燃機整體以及關鍵零部件和裝備進行再制造，使再制造技術水平有效提升。要建立再制造逆向物流體系，同時建立內燃機再制造配套服務體系。計劃確定實現300億元的再制造生產規模，節約金屬4×105噸/年，節能3.5×105噸/年，形成內燃機行業再制造逆向物流體系。我國市場保有量巨大，而內燃機再制造產業發展受較多限制，使其規模較小，因此應加大內燃機再制造產業分析，在政策上大力支持，促進內燃機關鍵零部件以及裝備再制造，大力推廣其運營，推進發展空間的擴大[1]。

2.以內燃機關鍵零部件——某四缸柴油機曲軸為例，分析再制造技術

內燃機關鍵零部件眾多，曲軸是重要的關鍵零部件之一。本文以某四缸柴油機為再制造研究對象，對柴油機曲軸再制造進行詳細技術分析。

2.1某四缸柴油機曲軸

曲軸作為內燃機重要關鍵零部件，在內燃機運行中有著重要作用。某四缸柴油機曲軸的主要外觀形態特征如下圖1 所示：

圖1

曲軸在內燃機運行時承載較大力，包括氣體壓力、往復慣性力以及離心力等。曲軸的主要功能是和連桿一起實現旋轉運動，向外輸出動力。曲軸長期工作中，受其結構影響剛性較差，易出現變形問題。對于一臺四缸柴油機來說，曲軸在柴油機的整個重量比例中占了約10%，而其成本則占整機的10-12%。換句話說，曲軸再制造的好壞直接影響整個柴油機，因此曲軸再制造過程至關重要。

2.2再制造基礎——曲軸失效分析

再制造技術的基礎既是設備的失效分析，要對關鍵零件的主要失效模式和影響進行考慮。曲軸失效形式主要包括幾個方面，例如曲軸軸頸的過度磨損、長期運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。這些失效問題都會直接影響內燃機工作，且出現失效則使曲軸不具有再制造機會。影響這些失效問題的因素較多，以一個成熟的設計機型來看，在合理的壽命范圍內，材料應用、加工工藝以及裝配環節和施工過程都會出現因某種缺陷造成產品失效[2]。

2.3再制造技術及工藝流程

由于廢舊零部件磨損和腐蝕等失效主要發生在表面，利用各種表面技術和復合表面技術修復和強化廢舊零件的失效表面，是實施再制造的主要技術。在內燃機的曲軸再制造上主要采用：

2.3.1納米電刷鍍技術

由于納米材料具有優異的力學性能，可用于制造超硬、高強、高韌超塑性材料和高性能陶瓷及高韌、高硬涂層，不僅能夠獲得質量優良的原材料，而且可以采用表面工程技術對零部件進行維修或再制造，獲得高性能的零件或備品配件。

2.3.2高速電弧噴涂技術

電弧噴涂技術是熱噴涂技術的一種，也是表面工程的重要組成部分。該技術產生較早，興起于上世紀80年代。采用高速電弧噴涂技術能夠制備耐磨涂層、防腐涂層、防滑涂層等各種性能的涂層，應用于磨損零件的修復和強化。

2.3.3其他技術

納米固體潤滑干膜技術、劃傷快速填補技術、超音速等離子噴涂技術等在內燃機再制造中也將能發揮重要的作用。

2.3.4再制造工藝流程

內燃機再制造，就是指將在市場上已達到使用壽命或者有故障的內燃機回收后進行完全拆解，對零部件進行分類，其基礎件（包括缸蓋、缸體、曲軸、連桿等）經過物理清洗、化學處理等方法，除去內、外表面的油垢、水垢、漆層，然后進行全面檢測、判斷，對不可修復的零部件直接廢棄，將可以修復再造的零部件加工至與新零件完全相同的設計要求;而對軸承、活塞、墊片等易損件則自然報廢，更換上原制造廠新零部件，裝配完成后，按要求對再制造內燃機進行重新測試，生產出完全符合新機各項標準要求的再制造內燃機。以柴油機為例，工藝流程如圖2所示

圖2 柴油機再制造工藝流程

前面已經講到，曲軸是柴油機關鍵零部件之一，也是柴油機中價值較高的零件，曲軸的報廢將大大降低發動機的再制造附加值，由此可見曲軸再制造在柴油機再制造中的意義。其工藝流程如圖3.

圖3 ?曲軸再制造工藝流程圖

2.4曲軸再制造設計技術分析

根據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與彎曲變形。對曲軸進行再制造就是要恢復曲軸軸頸的尺寸精度， 可以采取的方式較多。例如，首先應用熱噴涂、電刷鍍等方式[3]。但這種方式的經濟成本還是較高，因此，出于經濟性的考慮，提出了再制造設計理念，在初始產品設計階段，從結構（如尺寸公差等）設計和強度設計計算時考慮留有一定的裕度，在二次利用時能直接在原零件上實施再制造，進行磨削等修復工藝， 保持足夠的強度，同時在磨削軸頸的同時， 可以矯正曲軸彎曲和扭轉變形，實現原有功能，大大降低再制造成本。

作為具體的面向再制造的曲軸設計， 應根據不同內燃機的用途、工況、使用壽命等，采用不同的設計方案，現推薦介紹一種方法：設計曲軸時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準尺寸基礎上， 以每- 0.25mm為一個再制造尺寸組， 公差與原標準尺寸公差相同， 若留1mm的余量可以則可分為 4 個尺寸組。對于一般鋼制曲軸采用的是調質處理，表面采用高頻淬火+低溫回火處理，綜合考慮再制造設計裕度以及在沒有特別要求的情況下曲軸在經過再制造磨削后，一般不用進行熱處理。但如果采用適當的表面強化熱處理方式， 將可以大大提高再制造后曲軸本身的疲勞強度和耐磨性;對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，會影響使用壽命，因此一般需要重新氮化處理。

3.結束語

在內燃機關鍵零部件再制造過程中，要不斷創新技術，依靠高新技術有效提高舊件的利用率，促進再制造零部件性能提升。我國內燃機關鍵零部件再制造，要建立一個資源共享的公共技術服務平臺，依據創新技術實現系統研發。為有效推進內燃機關鍵零部件再制造工藝水平的提升，要大膽嘗試新材料，新技術以及新檢測設備，推進整體產業化發展。

參考文獻：

[1]于永初.內燃機再制造推進計劃“看得見”、“摸得著”——專訪中國內燃機工業協會副秘書長葛紅[J].汽車零部件，2014，09（28）：112～114.

[2]王志堅.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，2010（11）.