一、連杆（gǎn）

      連杆（gǎn）的製造材（cái）料（liào）傳統上采用中碳鋼和中碳合金（jīn）結構鋼，鍛造成形。目前，連杆開始大量應用高碳鋼、可鍛鑄（zhù）鐵、球墨鑄鐵、粉末鍛造和低碳合金鋼（用於滲碳連杆）等新材料（liào）。而應用最廣（guǎng）泛的是高碳鋼和粉（fěn）末鍛造兩種。

      1.高碳鋼

      高碳鋼連杆鍛造後直接空冷就可得到（dào）所（suǒ）需要的性（xìng）能，省去了調質（zhì）熱（rè）處理工序（xù）。

      2.粉末鍛造

      粉末鍛造是由粉末冶金與鍛造相結合形成的一種新材料技（jì）術和新型金屬（shǔ）成形工藝，粉末（mò）鍛造（zào）通常是指將粉（fěn）末燒結的預成（chéng）形坯經（jīng）加熱後，在閉式模中鍛造成零件的（de）成形工藝方法。

      3.漲斷工藝應用

      粉末鍛造（zào）連杆產業快速成長的關鍵因素在於漲斷工藝（yì）的應用。粉末冶金連杆由於配粉時的精確稱量及采用閉式模鍛技術，零件重量誤差很小，尺寸公差（chà）可控製在（zài）普通連杆的1/5以內。連杆的整體質量減輕10%以（yǐ）上，材料可（kě）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%。

      漲斷工藝連杆毛坯和傳（chuán）統工藝毛坯的區別（見圖1），前者大（dà）頭孔為圓形，後者為橢圓形。

       漲斷技術在連杆加工發展史上具有劃時代（dài）的意義。由於結合麵的特殊形狀，使連杆（gǎn）蓋定位（wèi）準確，保證了連杆在使用過程中的精度；連杆不（bú）需要采用高（gāo）精度的定（dìng）位螺栓，普通螺栓就能滿足性能要求，並省去了螺母，因此降低了連杆（gǎn）零件的（de）總成本；連杆毛坯（pī）的大頭孔為圓（yuán）形，降低了毛坯金屬材料（liào）的消耗和模具費用，簡化了連杆大頭孔的粗加工；省（shěng）去了切斷（duàn）及結合麵的加工（gōng），節省了大量刀具和模具費用；減少了設備操作人員。據（jù）計算，采用漲斷（duàn）工藝後可以減少設備投資達25%以上，減少設（shè）備占地麵積達（dá）30%以上，節約能耗40%以上，節約刀具費用35%以上（shàng）。

      連（lián）杆漲（zhǎng）斷也在技術上帶來新的（de）問題，如連（lián）杆分離麵斷開之後，在分離麵上有些金屬粉粒未脫落，需要先吹淨（jìng）分離麵（miàn）才裝配連杆與連杆蓋，裝配完畢（bì）再鬆開並第二次吹淨其分離麵，然後再裝配連杆與連杆蓋。所以，采用漲斷工（gōng）藝後的連杆裝配工藝比傳統工藝要複雜（zá）。

      目前，連杆漲斷加工工藝在國內已被廣泛使（shǐ）用（yòng）。上海大眾、一汽大眾、華（huá）晨和奇瑞等廠（chǎng）家均采用此（cǐ）種連杆工藝，一些專業的連（lián）杆製造廠家也開（kāi）始采用此工藝。國內裝備製造（zào）廠家已製造出相（xiàng）關的專用設備。

      二（èr）、凸輪軸

      1.凸輪軸的材料

      凸（tū）輪軸（zhóu）目前常用的材料有球墨鑄鐵、中碳（tàn）鋼、合金鑄鐵及冷激鑄鐵（tiě）等。

      2.凸輪軸裝配工藝

      為了避免（miǎn）鑄鐵冷（lěng）激工（gōng）藝的不足（zú），有些廠家在凸輪表麵的強化上采用了"氬弧重熔淬火"技術，利用電弧束，對灰鑄鐵凸輪（lún）軸工（gōng）作表麵進行硬化，此工藝生產的凸輪軸耐磨性和熱穩定性好，生產合格率高（gāo），淬火前（qián）加工性好。工藝過程（chéng）包（bāo）含清（qīng）洗、整體預熱、局部重熔（róng）淬火和整體冷卻4個工步。

      凸輪（lún）軸裝配工藝方法主要有：

      （1）熱（rè）套法常溫下，外部零件的孔（kǒng）和內部鋼管的外徑之間有過盈，裝配之（zhī）前先對外部零件（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聯接過程，在軸向尺寸和角度位置方麵都有很高精度。

      （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的外（wài）部零件中發生局部的擴張。可以（yǐ）利用帶有滾壓（yā）過盈量，穿過內管的滾壓工具，使內管發（fā）生塑（sù）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內部的高（gāo）壓力，使鋼管變形（xíng）形成軸向聯接。通過在凸輪旁將鋼管材料往外壓出0.1mm左右而（ér）達（dá）到凸輪的軸向定位。

      （4）滾花連接（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（qián）軸體表麵連（lián）接處被預製成類似花（huā）鍵形狀，在壓（yā）入過程中由（yóu）於加工硬化現象，軸體上滾擠出（chū）的三角（jiǎo）形（xíng）齒類似於冷擠壓過程的衝頭，凸輪壓入軸中時三（sān）角形齒與凸輪內壁發生塑性和（hé）切（qiē）削變形，使得三角形齒鑲嵌在凸輪中，從而達到牢靠連接的目的。

      3.裝配式凸輪軸製造工藝特（tè）點

      談到凸輪軸必（bì）須提到的一個具有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（chéng）本低、材料利用合理等優（yōu）點（diǎn）。

      裝配（pèi）式凸輪軸（zhóu）是將凸輪、空心軸體和支撐（chēng）軸頸等分別進行材料優化匹（pǐ）配（pèi），分體精密加工，再以某（mǒu）種連接方式裝配而成。凸輪一般采用碳（tàn）鋼或粉末燒結材料，軸體則采用（yòng）中空無縫鋼管（guǎn），碳（tàn）鋼凸輪經冷、溫精密鍛造成（chéng）形，並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（shāo）結成形。裝配（pèi）式凸輪軸的製造工藝特點有以下幾個方麵：

      （1）省略了毛坯件粗加工，工藝流程簡單裝配式凸輪軸隻需要在（zài）裝配後進行半（bàn）精加工和精加工。

      （2）加工（gōng）餘量小各凸輪采用精鑄部件，因而加工餘量小，減（jiǎn）少了主油道的加工，設（shè）備加工單件時間短，產能高，有利於規模化生產。

      （3）不同的零件（jiàn）可使（shǐ）用不同的材料裝（zhuāng）配式（shì）凸輪軸可在不同零件（jiàn）上采用不同材料。如（rú）凸輪采用粉末（mò）冶金或鑄鋼，凸輪軸采用冷拔鋼管。

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

      與（yǔ）傳統的一體式凸輪軸相比（bǐ），鋼質（zhì）軸體中空裝配式凸輪軸可減輕質量25%～46%，凸輪軸是一（yī）種不斷加速和減速的旋轉質量，其加速和減速伴隨著能量的消耗（hào），減（jiǎn）輕凸輪（lún）軸的質量對發動機節能（néng）具（jù）有重要意義。

      三、曲軸

      相對來說，曲軸（見圖4）的製造技術在近年來發展變化不大。在材（cái）料的選用上曲軸主要有鍛鋼和球墨鑄鐵兩大類。而由於（yú）球墨鑄鐵的切（qiē）削性（xìng）能良好，和鋼（gāng）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（zhóu）的抗疲勞強度、硬度和耐磨性，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）以球墨鑄鐵曲軸在（zài）國內外（wài）得（dé）到了（le）越來越廣泛應用。目前，歐美的85%以上發動機、日本60%以上的發動機采用球墨鑄鐵曲軸。

      在曲軸的表麵強化（huà）技術上各廠家采用的技術主要有：

      1.表（biǎo）麵感應淬火

      強化機理：表層材料硬度提高，圓角形成殘餘壓應力。

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

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

      2.氮化（huà）

      強化機理：表層形成硬化層，圓角產（chǎn）生殘餘壓應力。

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

      氮化屬於一種（zhǒng）整體表（biǎo）麵處理工藝，因其（qí）能耗高、效率低、成本高、強（qiáng）化效果有限（xiàn）、對環境造成汙染等（děng）缺點，將逐（zhú）步（bù）被淘汰。

      3.圓角滾壓

      強化機理：圓角形成大的殘餘壓應力場（chǎng），表層材料（liào）冷作（zuò）硬（yìng）化。強化效果：零（líng）件彎曲（qǔ）疲勞極限提高幅度，鍛（duàn）鋼（gāng）曲軸在80%以上，球鐵曲軸在100%以上。球鐵＋軸頸表麵感應淬火（huǒ）＋圓角（jiǎo）滾壓是目前（qián）性價比最高（gāo）的一種曲軸材料工藝組（zǔ）合，雖然其疲勞強度較同（tóng）等圓角淬火鋼曲軸低15%左右，但它具有（yǒu）成本下降40%~50%、減重8%以上、耐磨性好、減（jiǎn）振降噪等（děng）優點。

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

      四、缸體、缸蓋

      缸體、缸蓋（見圖5）作（zuò）為發動機最核心（xīn）的零部件（jiàn），是幾乎所有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缺（quē）口敏感性（xìng）高、機械強度較低等缺（quē）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（de）球墨鑄鐵所（suǒ）替代。但（dàn）是球墨鑄（zhù）鐵也存在鑄（zhù）造工藝性能差，成（chéng）分控製要求高，流（liú）動性較差，收縮較大（dà）等缺點。而蠕墨鑄鐵具有球墨鑄鐵的強度，又有與灰鑄鐵相比又有類似的防振、導熱能力及（jí）鑄造（zào）性能（néng），在大功率發動（dòng）機氣缸體和（hé）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（fā）展最快（kuài）和（hé）最廣（guǎng）泛的輕金屬，它的優點非（fēi）常顯著：①鋁代鐵，每采用1kg鋁，大（dà）約可減輕汽車自重（chóng）2kg。②工藝性好（hǎo），鋁合金熔點低，可采用先進的金屬（shǔ）模型工藝，生產（chǎn）效率高，尺寸精確，表麵光潔。③加工餘（yú）量（liàng）小，鋁合金的切削速度也可為鐵的幾倍，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（tū）起，成為（wéi）高檔發動機的重要選材之一，它的（de）突出優勢是：①比強度和比剛（gāng）度高優於鋼和鋁合金，遠大於工程塑料。②具有耐高溫、抗腐蝕和抗蠕變性能。③它比鋁輕（qīng）1/3，比鋼鐵輕3/4，比（bǐ）非金屬的塑料還（hái）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（tǐ）、缸蓋（gài）的鑄造（zào）方法（fǎ）

      傳統的有色金屬鑄造一般采（cǎi）用的方法（fǎ）包括重（chóng）力鑄造，低（dī）壓鑄造和壓力鑄造發展比較快的（de）新鑄造方法主要有消失模技（jì）術（shù）和半固態成形技術。

      （1）消失模技（jì）術消（xiāo）失模技術作為一種比較先進的鑄造方法，它的技（jì）術（shù）要點是將與鑄件尺寸形狀相似的（de）石蠟或泡沫模型粘接組合成模（mó）型簇，刷塗耐火塗料並烘幹後，埋在幹石（shí）英砂中振動造形，在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據模型位置，凝（níng）固冷卻後形成鑄件。它的優點是：①鑄件精度高。該工藝（yì）無需取模、無（wú）分型麵、無砂芯，因而鑄件沒有飛邊（biān）、毛刺和拔模斜度，並減少了由於型芯（xīn）組合而造成的尺寸誤差。鑄件表麵質量好加工餘量小，和傳統鑄造方法相比（bǐ），可以減少40%～50%的（de）機械加工量。②設計靈活。可以通過泡沫塑（sù）料（liào）模片組合鑄造出高度複雜的（de）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（zhì）不準確造成鑄件壁（bì）厚不均。④清潔生產。型砂中無化學粘接劑，低溫下（xià）泡沫塑料對環境無（wú）害，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－球墨鑄鐵－低碳鋼和合金鋼。

      消失模（mó）鑄造工（gōng）藝（yì）在發動機上的應用主要是製造鋁合金（jīn）缸蓋，從1990年開始通用，菲亞特、寶馬等公司（sī）相繼（jì）建成了大規（guī）模的消失模鑄造生產線，PSA集團也使用消失模技術生產鋁缸蓋。

      （2）半固態成形技術半固（gù）態成形技術是由於處於固－液相區間的合金經過連續（xù）攪拌後呈現出（chū）低的表觀粘度，此時（shí）在結晶（jīng）過程中形成的樹枝晶被粒狀晶代（dài）替。這種漿料（liào）很容易變形，隻要加很（hěn）小的力就可以充填（tián）複雜（zá）的（de）型腔（qiāng），從而開發出一種新的金屬成形方法（fǎ）--半固（gù）態金屬成形。

      半固態（tài）壓鑄成形技術的優點主要是廢品率的降低；模具壽命延長；表麵致密、缺陷少，降低表麵處理等後處理（lǐ）費用；可製造（zào）普通（tōng）液態成形不能製造的（de）零件。

      目前，此項技術在汽車上機加件的應用主要還是一（yī）些尺寸（cùn）較小的零（líng）件，據稱本田公司已成功地把"半固態鑄造技術"用於其最新（xīn）的轎車柴油機鋁合金缸（gāng）體的生產。它較（jiào）同尺寸的常規鑄鐵缸體減輕了15kg，而剛度卻顯著增加。

      3.缸（gāng）體（tǐ）曲軸箱軸（zhóu）承座裂解加工

      在缸體的製造上還要提到（dào）的一個新技術（shù）就是（shì）"缸體曲軸箱（xiāng）軸承座裂解加工工藝"。它（tā）是受連（lián）杆漲（zhǎng）斷工藝的啟發，將本體軸承座和軸承蓋鑄造成一體的缸體，人為地製（zhì）成裂（liè）解槽，然後（hòu）用特定方法控製（zhì）裂紋擴展，達到本體軸承座與軸（zhóu）承蓋分（fèn）離。

      附表是工藝流程的對比：

      裂（liè）解（jiě）工藝使曲軸箱軸承座由分體加工（gōng）變為整體加工，省去（qù）了缸體與主軸承座結合麵的加工等工序，具有加工工序少、節省（shěng）精加工設備、產品質量高、生產成本（běn）低等優點。據德國大眾汽車公司計算，就軸承座的裂解（jiě）加工而言（yán），可以減少設備投資30%，節省量輔具費（fèi）用（yòng）40%，節約動能（néng）40%。可見裂解工藝的經濟效益是明顯的（de）。

      綜上（shàng）所述，當今發動機機加件的製造技術的技術（shù）進步得益於材料、鑄造、設備、工藝、檢測和電子等多方麵的（de）技術發展，呈現跨學科、跨專業（yè）、綜合性的特點。發動機的零部件的新（xīn）技術應用，不單單是零件本（běn）身材質和加工方法的變革，而且和發動機產品的改進密不可分，同時它也促進了發動機產品的技術進步。