内燃机关键零部件再制造技术及工艺流程浅析

王朝红

摘要：目前再制造已成为我国发展循环经济的重要形式，在相关政策支持下再制造产业具有良好的发展前景。内燃机关键零部件再制造是“再制造计划”中重要内容，本文将对其再制造技术和工艺展开详细分析。首先对该产业背景进行相关介绍，然后着重对内燃机关键零部件再制造技术及工艺流程进行探讨，最后以某四缸柴油机曲轴为例，分析再制造设计技术。

关键词：内燃机;关键零部件;再制造技术;工艺流程

再制造，主要是指对工业废品实行专业批量修复和制造，具体分析就是将各种类型的废旧产品回收，再根据零部件类型检测，将具有相同再造价值的废旧产品分为一类，结合先进的技术进行批量修复，使产品得到升级，在降低成本的同时大大提高性能，实现环境保护，实现循环经济利用。再制造产业是我国工业规划中的重要内容，就其现实意义来看，具有较为广阔的发展前景。

1.内燃机再制造产业发展背景分析

工信部于2013年11月发布内燃机再制造相关计划（《内燃机再制造推进计划》），计划确定在“十二五”末使内燃机再制造生产能力、整体规模以及技术和装备水平得到有效提升。该计划的颁布要对内燃机整体以及关键零部件和装备进行再制造，使再制造技术水平有效提升。要建立再制造逆向物流体系，同时建立内燃机再制造配套服务体系。计划确定实现300亿元的再制造生产规模，节约金属4×105吨/年，节能3.5×105吨/年，形成内燃机行业再制造逆向物流体系。我国市场保有量巨大，而内燃机再制造产业发展受较多限制，使其规模较小，因此应加大内燃机再制造产业分析，在政策上大力支持，促进内燃机关键零部件以及装备再制造，大力推广其运营，推进发展空间的扩大[1]。

2.以内燃机关键零部件——某四缸柴油机曲轴为例，分析再制造技术

内燃机关键零部件众多，曲轴是重要的关键零部件之一。本文以某四缸柴油机为再制造研究对象，对柴油机曲轴再制造进行详细技术分析。

2.1某四缸柴油机曲轴

曲轴作为内燃机重要关键零部件，在内燃机运行中有着重要作用。某四缸柴油机曲轴的主要外观形态特征如下图1 所示：

图1

曲轴在内燃机运行时承载较大力，包括气体压力、往复惯性力以及离心力等。曲轴的主要功能是和连杆一起实现旋转运动，向外输出动力。曲轴长期工作中，受其结构影响刚性较差，易出现变形问题。对于一台四缸柴油机来说，曲轴在柴油机的整个重量比例中占了约10%，而其成本则占整机的10-12%。换句话说，曲轴再制造的好坏直接影响整个柴油机，因此曲轴再制造过程至关重要。

2.2再制造基础——曲轴失效分析

再制造技术的基础既是设备的失效分析，要对关键零件的主要失效模式和影响进行考虑。曲轴失效形式主要包括几个方面，例如曲轴轴颈的过度磨损、长期运行中造成的曲轴变形、曲轴轴颈的擦伤及磨损、止推面磨损等。这些失效问题都会直接影响内燃机工作，且出现失效则使曲轴不具有再制造机会。影响这些失效问题的因素较多，以一个成熟的设计机型来看，在合理的寿命范围内，材料应用、加工工艺以及装配环节和施工过程都会出现因某种缺陷造成产品失效[2]。

2.3再制造技术及工艺流程

由于废旧零部件磨损和腐蚀等失效主要发生在表面，利用各种表面技术和复合表面技术修复和强化废旧零件的失效表面，是實施再制造的主要技术。在内燃机的曲轴再制造上主要采用：

2.3.1纳米电刷镀技术

由于纳米材料具有优异的力学性能，可用于制造超硬、高强、高韧超塑性材料和高性能陶瓷及高韧、高硬涂层，不仅能够获得质量优良的原材料，而且可以采用表面工程技术对零部件进行维修或再制造，获得高性能的零件或备品配件。

2.3.2高速电弧喷涂技术

电弧喷涂技术是热喷涂技术的一种，也是表面工程的重要组成部分。该技术产生较早，兴起于上世纪80年代。采用高速电弧喷涂技术能够制备耐磨涂层、防腐涂层、防滑涂层等各种性能的涂层，应用于磨损零件的修复和强化。

2.3.3其他技术

纳米固体润滑干膜技术、划伤快速填补技术、超音速等离子喷涂技术等在内燃机再制造中也将能发挥重要的作用。

2.3.4再制造工艺流程

内燃机再制造，就是指将在市场上已达到使用寿命或者有故障的内燃机回收后进行完全拆解，对零部件进行分类，其基础件（包括缸盖、缸体、曲轴、连杆等）经过物理清洗、化学处理等方法，除去内、外表面的油垢、水垢、漆层，然后进行全面检测、判断，对不可修复的零部件直接废弃，将可以修复再造的零部件加工至与新零件完全相同的设计要求;而对轴承、活塞、垫片等易损件则自然报废，更换上原制造厂新零部件，装配完成后，按要求对再制造内燃机进行重新测试，生产出完全符合新机各项标准要求的再制造内燃机。以柴油机为例，工艺流程如图2所示

图2 柴油机再制造工艺流程

前面已经讲到，曲轴是柴油机关键零部件之一，也是柴油机中价值较高的零件，曲轴的报废将大大降低发动机的再制造附加值，由此可见曲轴再制造在柴油机再制造中的意义。其工艺流程如图3.

图3  曲轴再制造工艺流程图

2.4曲轴再制造设计技术分析

根据前面的曲轴失效分析， 曲轴的主要失效模式是曲轴轴颈的磨损和曲轴的扭转与弯曲变形。对曲轴进行再制造就是要恢复曲轴轴颈的尺寸精度， 可以采取的方式较多。例如，首先应用热喷涂、电刷镀等方式[3]。但这种方式的经济成本还是较高，因此，出于经济性的考虑，提出了再制造设计理念，在初始产品设计阶段，从结构（如尺寸公差等）设计和强度设计计算时考虑留有一定的裕度，在二次利用时能直接在原零件上实施再制造，进行磨削等修复工艺， 保持足够的强度，同时在磨削轴颈的同时， 可以矫正曲轴弯曲和扭转变形，实现原有功能，大大降低再制造成本。

作为具体的面向再制造的曲轴设计， 应根据不同内燃机的用途、工况、使用寿命等，采用不同的设计方案，现推荐介绍一种方法：设计曲轴时在曲轴的主轴颈和连杆轴颈的直径方向上留约 0.5～1mm 的再制造余量， 在再制造尺寸的分组方面， 可以在曲轴主轴颈和连杆轴颈的标准尺寸基础上， 以每- 0.25mm为一个再制造尺寸组， 公差与原标准尺寸公差相同， 若留1mm的余量可以则可分为 4 个尺寸组。对于一般钢制曲轴采用的是调质处理，表面采用高频淬火+低温回火处理，综合考虑再制造设计裕度以及在没有特别要求的情况下曲轴在经过再制造磨削后，一般不用进行热处理。但如果采用适当的表面强化热处理方式， 将可以大大提高再制造后曲轴本身的疲劳强度和耐磨性;对于表面氮化处理的球墨铸铁曲轴来说，采用磨削方式加工后，因氮化层较薄，会影响使用寿命，因此一般需要重新氮化处理。

3.结束语

在内燃机关键零部件再制造过程中，要不断创新技术，依靠高新技术有效提高旧件的利用率，促进再制造零部件性能提升。我国内燃机关键零部件再制造，要建立一个资源共享的公共技术服务平台，依据创新技术实现系统研发。为有效推进内燃机关键零部件再制造工艺水平的提升，要大胆尝试新材料，新技术以及新检测设备，推进整体产业化发展。

参考文献：

[1]于永初.内燃机再制造推进计划“看得见”、“摸得着”——专访中国内燃机工业协会副秘书长葛红[J].汽车零部件，2014，09（28）：112～114.

[2]王志坚.装备零件激光再制造成形零件几何特征及成形精度控制研究[D].广州：华南理工大学，2010（11）.