一、連杆

      連杆（gǎn）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，連杆開始大量應用高碳鋼、可（kě）鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、粉末鍛造（zào）和低碳合金鋼（gāng）（用於滲碳（tàn）連（lián）杆）等（děng）新材料。而應用最廣泛（fàn）的是高碳鋼和粉末（mò）鍛造兩（liǎng）種。

      1.高碳鋼

      高碳鋼連杆鍛造後直接空冷就可得到所需要的性能，省（shěng）去了調質熱處理工（gōng）序。

      2.粉末鍛造

      粉末（mò）鍛（duàn）造是由粉末（mò）冶金與鍛造相結合形成的一種新材料技術和新（xīn）型金屬成形工（gōng）藝，粉末鍛造通常是指將粉末燒（shāo）結的預成形坯（pī）經加熱後（hòu），在閉式模中鍛（duàn）造成零件的（de）成形工藝方法。

      3.漲斷工藝應用

      粉末鍛造連杆（gǎn）產業快速成長（zhǎng）的關鍵因素在於漲斷工藝的應用。粉末（mò）冶（yě）金連杆由於配粉（fěn）時的精（jīng）確稱量及采用（yòng）閉式模鍛技術，零件重量（liàng）誤差很小（xiǎo），尺寸（cùn）公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（chǎn）成本可降低10%。

      漲斷工（gōng）藝連杆毛坯和（hé）傳統工藝毛坯的區別（見（jiàn）圖1），前者大頭（tóu）孔為圓形，後者為橢圓形。

       漲斷（duàn）技術在連杆加工發展史（shǐ）上具有劃時代的意義（yì）。由於結合麵的特殊形狀，使連（lián）杆蓋定位準確，保證了連（lián）杆在使用過程中（zhōng）的精度（dù）；連杆不（bú）需要采用高精度（dù）的定位（wèi）螺栓，普通螺栓就能滿足性（xìng）能要求，並（bìng）省去了螺母，因此降低了連（lián）杆零件的總成本；連杆毛坯的大頭孔為圓形，降低了毛坯金屬材料的消耗和模具費用，簡化了（le）連杆大頭孔的粗加工；省去（qù）了切斷及結合麵的加工，節省了大量刀具和模具費用；減少了設備操作人員。據計算，采用漲斷工藝後可以減少設備（bèi）投資（zī）達25%以上，減少設備占地麵（miàn）積達30%以上，節約能（néng）耗40%以上，節約刀具費用（yòng）35%以上。

      連杆漲（zhǎng）斷也在技術上帶來新（xīn）的問題，如連（lián）杆分離麵斷開之後，在（zài）分離麵（miàn）上有些金屬粉粒未脫落，需要先吹淨分離麵才裝配連杆與連杆蓋，裝配完畢再鬆開並第（dì）二次吹淨其分離麵，然後（hòu）再裝配連杆與連杆蓋。所（suǒ）以，采用漲斷工藝後的連杆裝配工藝比（bǐ）傳統工藝要複雜。

      目前，連杆漲斷加工（gōng）工藝在國內已被廣（guǎng）泛使用。上海大眾、一汽大眾、華（huá）晨和奇瑞等廠家均（jun1）采用此種連杆工藝，一（yī）些專業的連杆（gǎn）製造廠家也開始采用此工藝。國內裝（zhuāng）備製造廠家已製造出相關的專用設備。

      二、凸輪軸

      1.凸輪軸的材料

      凸輪軸目前常用（yòng）的材料有球墨鑄鐵、中碳鋼、合金鑄鐵（tiě）及冷激鑄鐵（tiě）等。

      2.凸輪軸裝配工藝

      為了避免鑄鐵冷激工藝的不（bú）足，有些廠家在凸輪表麵的強化上采用了"氬弧重熔淬火"技術，利用電弧（hú）束，對灰鑄鐵凸輪軸工作表麵進行硬化，此工藝生產的（de）凸輪（lún）軸耐磨性（xìng）和熱穩定（dìng）性好，生產合格率高，淬火前加工性好。工藝過程包含清洗、整體（tǐ）預熱、局部重（chóng）熔淬火（huǒ）和整體（tǐ）冷卻4個（gè）工步。

      凸輪軸裝配工藝方法主要有：

      （1）熱套法（fǎ）常溫下，外部零件的孔和內部鋼管的外徑之間有過盈，裝配之前先對外部零（líng）件（凸輪、軸套）進行加熱，對內部鋼管進行冷卻。這種工藝方法在短暫時間內完成（chéng）聯（lián）接過程，在軸向尺寸和（hé）角度位置方麵都有很高精度。

      （2）管（guǎn）內滾壓擴（kuò）張法利用（yòng）滑動滾壓原理使得薄壁鋼管在帶孔的外部零件中發生局部的擴張。可以（yǐ）利（lì）用帶有滾壓過盈（yíng）量，穿過內管的（de）滾壓工具，使內管發生塑性（xìng）擴張。上海通（tōng）用發動機裝配式凸輪軸就采用鋼球在鋼管內部擴張方式。

      （3）內（nèi）部高壓成形（xíng）法（IHU見圖2）已經淬硬的凸輪圈（quān）與利用內部的高壓力，使鋼管變形形成軸向聯接。通（tōng）過（guò）在凸輪旁將鋼管材料往外壓出0.1mm左右而達到凸輪的軸向定位（wèi）。

      （4）滾（gǔn）花連接（見圖3）也屬於過盈裝配。區別在於連接耦合麵之一以滾花成形麵代替原來的圓柱麵，即裝配前軸體表麵連接處被預製成類似花鍵形狀，在壓入過（guò）程中由於加工硬化（huà）現象，軸體上滾擠出的三角形齒（chǐ）類似於冷擠壓過程的（de）衝（chōng）頭，凸輪壓（yā）入軸中（zhōng）時三角形齒與凸輪內壁發生塑性和（hé）切（qiē）削變形，使得三角形齒（chǐ）鑲嵌在凸輪中，從（cóng）而達到牢靠連接的目的。

      3.裝配式凸輪（lún）軸製造工藝特點

      談到凸（tū）輪軸必須提到的一個具有（yǒu）革命性的新技術就是裝配式凸輪軸。它與傳統整體式凸輪軸相比，具有質量輕、加工成本低（dī）、材料利用合理等優點。

      裝（zhuāng）配式凸輪軸是將凸輪、空心軸體和支撐軸（zhóu）頸等分別進行（háng）材料優化匹配，分體精密加工，再以某種（zhǒng）連接方式裝（zhuāng）配而成。凸輪一般采用碳鋼或粉末燒結材料，軸（zhóu）體則采用中空無縫鋼（gāng）管，碳鋼凸輪經冷、溫精密鍛造成形，並（bìng）進行高頻淬火或滲碳處理，凸輪也可由粉末燒結材料通過精密燒結成形技術燒結（jié）成形。裝配式凸輪軸的製（zhì）造工藝特點有以下幾個方麵：

      （1）省略了毛（máo）坯件粗加工，工藝流程簡單裝配式凸輪軸隻需要（yào）在裝（zhuāng）配後（hòu）進行半精加工和精加工。

      （2）加（jiā）工餘量小各凸輪（lún）采用精鑄部件，因而加工（gōng）餘量小，減少了主油道的加工，設備加工單（dān）件（jiàn）時間短，產能高，有利於規模化生產。

      （3）不同的零件可使用不同的材料裝配式（shì）凸（tū）輪軸可在（zài）不同零件上采用（yòng）不同材料。如凸輪采用（yòng）粉末冶金或鑄鋼（gāng），凸輪軸采用（yòng）冷拔鋼管。

      （4）適應產品多品（pǐn）種柔性化要求通過更（gèng）換不同的軸頸和磨削不同的凸輪型（xíng）線即可（kě）生（shēng）產出多品種的凸輪軸。生產線（xiàn）隻需通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（pèi）式凸（tū）輪軸可減輕質（zhì）量（liàng）25%～46%，凸輪軸是一種不斷加速和減（jiǎn）速（sù）的旋轉質量，其加（jiā）速和減速伴隨著能量的消耗，減輕（qīng）凸輪軸的質量對發動機節能具有重要意義。

      三、曲軸

      相對（duì）來（lái）說，曲軸（見圖4）的製造技術（shù）在近年來發展變（biàn）化不大。在材（cái）料（liào）的選用上曲軸主要有鍛鋼和（hé）球墨鑄（zhù）鐵兩大類。而由於球墨（mò）鑄（zhù）鐵的切削性能良好，和鋼（gāng）質曲軸一樣可以進行各種（zhǒng）熱處理和表麵（miàn）強化處理來提（tí）高曲軸（zhóu）的（de）抗疲勞強度、硬度和耐磨性（xìng），更重要的是球墨鑄鐵曲軸成本隻有調質鋼曲軸成本的1／3左右，所（suǒ）以球（qiú）墨（mò）鑄鐵曲軸在國內外得到了越（yuè）來越廣泛應用。目前，歐美的85%以上發動機、日本60%以上的發（fā）動機采（cǎi）用球（qiú）墨鑄（zhù）鐵曲軸。

      在曲軸（zhóu）的表麵強化技術上各（gè）廠家采用（yòng）的技術主要有：

      1.表麵感應淬火

      強化（huà）機理：表層材料硬度提高，圓角形成殘（cán）餘壓應力。

      強化（huà）效果：零（líng）件彎曲疲勞極限提（tí）高幅度，鍛（duàn）鋼曲軸在（zài）80%以上，球鐵曲軸在20%左右。

      鋼＋軸頸及圓角表麵感應淬火：是目前承載能力最高（gāo）的一種曲軸材料工（gōng）藝組（zǔ）合，為重型及高爆壓發動（dòng）機所廣泛采用，但其工藝難度較大（變形、淬硬層均勻性、圓角表麵質量等）。

      2.氮化

      強化機理：表層形成硬化層，圓角產生殘餘壓應力。

      強化（huà）效果：彎曲疲勞極限提高幅度，鍛鋼曲軸在（zài）30%～60%；球鐵曲軸在20%～40%。

      氮化屬於一種整體表麵處理工藝，因其能（néng）耗高（gāo）、效率低、成本高、強化效果有限、對環境造成（chéng）汙染等缺點，將逐步被淘汰。

      3.圓角滾壓

      強化機（jī）理：圓角形成大的殘餘壓應力場，表層材料冷（lěng）作硬化。強化效果：零件彎曲疲勞極限提高幅度，鍛（duàn）鋼曲軸在80%以上，球鐵曲軸在100%以上。球鐵（tiě）＋軸（zhóu）頸表麵（miàn）感應淬火（huǒ）＋圓角滾壓是目（mù）前性價比最（zuì）高的一種曲軸材料工藝組（zǔ）合，雖（suī）然其疲勞（láo）強度較同等圓角淬火鋼曲軸低15%左右（yòu），但它具有成本下降40%~50%、減重8%以（yǐ）上、耐磨性好、減振降噪等優點。

      圓角滾壓球鐵曲軸廣泛應用（yòng）於輕型車和（hé）轎車發動機，它在相當程度上可取代鍛鋼曲軸用（yòng）於中等增壓的柴油（yóu）機。

      四、缸體、缸蓋

      缸體、缸蓋（見圖5）作為發動機最核心（xīn）的零部件，是幾乎所有發（fā）動機廠家都是必選（xuǎn）的（de）自製件（jiàn）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缺（quē）口敏感性高、機械強度較低等缺點，逐步被抗拉強度、屈服強度、塑性、衝擊韌性高，耐磨、減振、工藝性能好的球（qiú）墨（mò）鑄鐵所替代。但是球墨鑄鐵也存在鑄造工藝性能差，成分控（kòng）製要（yào）求（qiú）高，流動性較差，收縮較大等缺點。而蠕墨鑄（zhù）鐵具有球墨鑄鐵（tiě）的強度，又（yòu）有與灰鑄鐵相比又有類似的防振、導熱能力（lì）及鑄造性能，在大功率（lǜ）發動機氣缸體和柴油機氣缸蓋上應用越來越廣泛。

      （1）鋁合金鋁合金是汽車上應用發展最快（kuài）和最廣泛的輕金屬，它的優點（diǎn）非常顯著（zhe）：①鋁代鐵，每采用（yòng）1kg鋁，大約可（kě）減輕汽車自重2kg。②工藝性好，鋁合（hé）金熔點低，可采用先進的金屬模型（xíng）工藝，生（shēng）產效率（lǜ）高，尺寸精（jīng）確，表麵光潔。③加（jiā）工餘量小，鋁合金的（de）切削速度也可（kě）為鐵的幾倍，機加工的（de）綜合（hé）成本低（dī）。

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

      2.缸體、缸蓋的鑄造方（fāng）法

      傳（chuán）統（tǒng）的有色金（jīn）屬鑄造一般采用的方法包括重力鑄造（zào），低壓鑄造（zào）和壓（yā）力鑄造發展比較快的新鑄造方法主要有消（xiāo）失模技術和半固態成形技術。

      （1）消失（shī）模技術（shù）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（xíng）氣化，液（yè）體金屬占（zhàn）據模型位置，凝固冷卻（què）後形成鑄件。它的優點是：①鑄件精度高。該工藝無需（xū）取模、無分型麵、無砂芯，因而鑄件沒有飛邊、毛刺和拔模斜度（dù），並減少了由於型芯組（zǔ）合而造成的尺寸（cùn）誤差。鑄件表麵質量（liàng）好加工餘量小，和傳統鑄造方法相比，可以減少40%～50%的機械（xiè）加工量。②設計靈活（huó）。可（kě）以通過（guò）泡沫塑料模片組合鑄造出高（gāo）度（dù）複雜的鑄件（jiàn）。③無傳統鑄（zhù）造中的砂芯。因此不會出現（xiàn）傳（chuán）統砂型鑄造（zào）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（bú）均（jun1）。④清潔生產。型砂中無（wú）化學粘接劑，低溫下泡沫塑料對（duì）環境無害，舊砂回收率95%以上。

      其材（cái）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－球墨鑄鐵（tiě）－低碳鋼和合金鋼（gāng）。

      消失模鑄造工藝在發動機上的應用主要是製造鋁合金缸蓋，從1990年開始通用，菲亞特、寶馬等公司相繼建成了大規模的消失模鑄造生產線，PSA集團也使用消失模技（jì）術生產鋁缸蓋（gài）。

      （2）半固態成形（xíng）技術半固態成形技術是由於處於固－液相區間（jiān）的合金經過連續攪拌（bàn）後呈現出低的表觀粘（zhān）度，此時在結晶過程中形成的（de）樹枝晶被粒狀晶代替。這（zhè）種漿料很容易變形，隻要加很小的力就可以充填複雜（zá）的型腔，從而開發出一種新的金屬成形方法--半固態金屬（shǔ）成形。

      半固態壓鑄（zhù）成形技術的優（yōu）點主要是廢品率的降低；模具壽命延（yán）長；表麵致密、缺陷少，降低表麵處理等後處理費用；可製造普通液態成（chéng）形不能製造的零（líng）件。

      目前，此項技術在汽車（chē）上機加件的應用主要還是一些尺（chǐ）寸（cùn）較小（xiǎo）的零件，據稱（chēng）本田公（gōng）司已成功地（dì）把"半固態鑄造技術"用於其最新的轎車柴油機鋁合金缸體的生產。它較同尺寸的常規鑄鐵缸體（tǐ）減輕了（le）15kg，而剛度卻顯著增加。

      3.缸體曲軸箱軸承座裂（liè）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工工藝"。它是受連杆漲斷工藝的啟（qǐ）發，將本體軸承座和（hé）軸承蓋鑄造成一體的缸（gāng）體，人為地製成裂解槽，然後用特定方法控製裂紋擴展，達到（dào）本（běn）體（tǐ）軸承座與軸承蓋分離。

      附表是工（gōng）藝（yì）流程（chéng）的對比：

      裂解工藝使曲軸箱軸承（chéng）座由分體加工變為整體加（jiā）工，省去了缸體與主軸承座結合麵的加工等工序，具（jù）有加工工序（xù）少、節省精加工（gōng）設備、產品質量高、生產成（chéng）本低等優（yōu）點。據德國大眾汽（qì）車公司計算，就軸承座的裂解加工而言，可（kě）以減少設備投資30%，節省量輔具費用40%，節約動能40%。可見裂解工藝的經濟效（xiào）益是明顯的。

      綜上所述，當今發動機機（jī）加件的製造技術的技術進步得益於材料、鑄造、設備、工藝、檢測（cè）和電子等多方麵的技術發展，呈現跨（kuà）學科、跨專業、綜合性的特（tè）點。發動機的零部件的新技術應（yīng）用，不單單是零件本身材質和加工方法的變革（gé），而且和發動機產品的改進密不可分，同時它也促進了發動（dòng）機產（chǎn）品的技（jì）術進步。