曲轴产生裂纹和断裂的原因有哪些？_汽车维修
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曲轴产生裂纹和断裂的原因有哪些？
&&& 曲轴由裂纹而折断是发动机严重的事故。当曲轴将裂断时，发动机振动极大，有沉重而粗闷的异常声响，下曲轴箱回响声很大，随之发动机停止运转，则曲轴已完全折断。其原因有：&&& ①曲轴折断主要是受弯曲和扭转作用而引起的，多发生在曲轴臂的中部、曲轴臂与连杆轴颈端部，或曲轴臂与曲轴轴颈的接合处。&&& ②曲轴受扭力、推力和冲击载荷的交变作用，在有缺陷的部位产生异常的应力，使曲轴折断。&&& ③连杆轴颈小于曲轴轴颈，因此，弯曲应力又以连杆轴颈侧面为最大，故裂纹和折断多发生在该处。&&& ④光磨轴颈时，没有使轴颈与曲轴臂连接处保持一定的过渡内圆角。当内圆角磨损，引起应力集中，造成疲劳损伤而折断。&&& ⑤气缸体变形，曲轴轴承座孔不正、不圆，修配曲轴轴承时各轴承不在同一轴线上。&&& ⑥轴承径向间隙过小，轴瓦烧损，合金脱落，引起冲击载荷增大。轴瓦烧损后，仍继续行驶，促使曲轴裂断。&&& ⑦机油道不通，曲轴处于干摩擦状态，温度过高，导致曲轴折断。&&& ⑧曲轴经常处在临界（危险）转速运转。&&& ⑨曲轴或飞轮的平衡遭到破坏，曲轴受很大的惯性力冲击，使曲轴疲劳而折断。&&& ⑩曲轴轴线不正，使飞轮偏摆，跳动量超过规定，在惯性力作用下，使曲轴产生疲劳而折断。&&&&⑩曲轴后端与飞轮连接螺栓（母）松动，运转时曲轴发生抖动，使曲轴在尾端折断。&&& ⑩曲轴材质不佳，或在制造时留有缺陷。或在曲轴轴颈修理时，超过缩小允许量。&&& ⑩柴油机发生“飞车”捣缸事故引起曲轴折断。
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曲轴上为什么要设置平衡块？
连杆装在曲轴的连杆轴颈上，而连杆轴颈与主轴颈中心相距一定的距离。由于上述两个轴颈不同心，当曲轴旋转时，活塞和连杆的惯性质量使曲轴失去平衡，产生很大的不平衡力（离心力），这种不平衡力作用在主轴颈上，会加大负荷。为了消除这种不平衡，需要在曲轴上安装平衡块，其质量大小、形状和安装位置需进行合理设计，以克服曲轴旋转中产生的离心力，减轻主轴颈负荷。
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>> 曲轴中主轴颈与连杆轴颈的磨损
　　主轴颈与连杆轴颈磨损在内燃机曲轴中最为常见，轴颈径向磨损主要发生在主轴颈与连杆轴颈彼此相对的表面上，特别是连杆轴颈偏磨更为严重。曲轴轴颈之所以产生这样的磨损，与其工作条件有关。曲轴工作时受到复杂作用力（爆发压力、离心力、惯性力等）的影响，活塞连杆组产生的离心力与惯性力主要作用于主轴颈与连杆轴颈相背的表面上，故使其表面磨损加剧。又因轴颈油道斜置，曲轴旋转时，在离心力的作用下，机油中的磨料通过斜油道被甩向连杆轴颈，加剧了轴颈一侧的磨损，致使轴颈磨成锥形。　　曲轴产生弯扭变形主要是由于受到大负荷冲击所形成的，其导致的原因有：活塞连杆组质量不均引起的振动负荷；发动机爆震引起的冲击负荷；启动过猛或突然加载引起的超负荷；烧瓦粘轴引起的制动负荷；轴颈配合间隙过大产生的冲击负荷等。　　轴颈表面缺陷指轴颈表面产生的划痕、烧伤、裂纹、腐蚀以及硬度下降等缺陷。主要影响因素有：润滑油不清洁；润滑油不足或配合间隙过小致使表面温度过高；高温下轴颈淬火层金相组织变化引起应力集中；润滑油中含有的氧化腐蚀性物质超标等。　　断裂多发生在轴颈与曲轴臂相连的过渡圆角处，也有的在轴颈的油孔附近。其原因主要是在交变载荷作用下，曲轴的显微裂纹或缺陷不断扩大所致。　　曲轴显微裂纹或缺陷多是在毛坯制造时因工艺不当而造成的。过渡圆角处裂纹还可能因圆角半径过小或未经滚压处理等原因，产生应力集中引起。另外，曲轴各曲拐同轴度误差过大时将会引起柴油机运转不平稳，以及各档主轴承负荷不均、轴承走内圈等弊病，严重的也将导致曲拐断裂。
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汽车曲轴加工工艺概述
　　汽车曲轴为汽车发动机主要零部件，目前以球墨铸铁和锻钢材料为主。曲轴主要加工部位为曲轴颈、连杆颈、曲柄、大头和小头。由于零件回转中心和加工面中心不能在同一轴线，因此零件加工较为复杂，目前粗加工零件主要采用CNC车削、CNC内铣和CNC车拉(含车－车拉)三种工艺。后又开发出CNC高速外铣，它对平衡块侧面需加工的曲轴，比上述三种工艺的生产效率还要高。目前国内小型曲轴采用了轴头车削、铣削、曲轴颈和连杆颈随动外铣和内铣的加工方式，采用引进德国、日本生产线为主要生产设备，其效率很高，并且质量稳定，并有多年生产该系列刀具为主的国外厂商占据了国内曲轴加工的大片市场。
　　下述为国内某汽车厂具有代表性的卡车曲轴生产工艺。（六缸柴油发动机）
工艺路线为：
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质量中心孔外委加工。
　　——OP10车后端面法兰面及第七主轴颈（机床CK）
　　——OP20车前端面及第一主轴颈面及割槽（机床CK）
　　——OP30打标（打标机）
　　——OP40内铣主轴颈、连杆颈（粗加工、机床RFK200/1250）
　　——OP50内铣曲轴颈、连杆颈（精加工、机床RFK200/1250/2）
　　——OP60钻直油孔、斜油孔及孔口倒角（油孔钻削加工中心BW250-2）
　　——OP70修磨油孔口去毛刺
　　——OP90感应淬火（设备AKWH-F淬火机）深度4MM
　　——OP95热校直（回火炉）
　　——OP97线切割
　　——OP100回火
　　——OP110修两端中心孔及两端孔加工（设备V500-1200加工中心）
　　——OP115中间检验
　　——OP120粗磨1、3、4、5、7主轴颈和精明油封轴颈
　　——OP130精磨1~6档连杆颈
　　——OP140磨2~6档主轴颈
　　——OP150精磨止推档轴颈和第一主轴颈
　　——OP160精磨小头法兰面外园
　　——OP170精磨大头法兰面外园
　　——OP180荧光磁探伤
　　——OP190修磨油孔口毛刺去尖角
　　——OP200动平衡
　　——OP220抛光所有主轴颈连杆颈及外园
　　——OP240终检。
　　根据以上工艺过程看出：通常我们见到的小型车曲轴加工工艺和大型卡车曲轴加工工艺有很大的区别，并且在完全冷加工过程中的刀具主要消耗上有所区别，大致可以分为三部分，即车削刀片、内铣刀片、和整体硬质合金孔加工刀具。刀具消耗量主要在OP10、OP20、OP40、OP50及OP60工序加工中涉及到的数控刀具的消耗上。内铣工艺在刀具消耗上同样具有消耗量大的特点。下面就以上三个部分对刀具品种以及刀具使用特点进行概述：
　　1．根据客户生产线的特点，在车削部分，大部分都为标准刀片，基本为C型、D型、V型刀片和6MM宽的，其中在粗精加工方面再进行细分。使用的机床为CK6145CNC，柔性较高。由于零件较大，车削加工线速度一般较低，基本控制在150m/min以下，此工序由于切削速度较低，体现刀具性能的主要方面为刀具的断屑性能，因此槽型的选择在该工序为主要选择重点。国外某刀具公司的刀片在这部分的应用主要体现为其老槽型在断屑上基本能控制螺旋状的铁屑，但断屑不能完全解决，特别是6MM宽切槽刀的断屑问题不能解决，目前我们采用了公司的黑金刚刀片牌号和-PM断屑槽型，-PM槽型在低速加工时断屑情况较好，所以目前客户一直使用钻石品牌刀片，在产品性价比上能够占有绝对的优势。
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　　2.内铣工序主要为内铣连杆颈、曲轴颈、配重块外园及侧面加工。在进行该序时，刀片全部参与切削，德国HELLER机床公司开发的数控曲轴内铣机床，效率较高，切削速度在300m/min以上、刀具磨损比较快，对刀片的要求主要体现在刀片的一致性要好，安装精度要达到要求.粗精铣刀片的端跳都要控制在0.02mm以内，要求刀片的磨损一致，全盘刀片要求统一更换，实现刀片的合理消耗。目前使用的内铣刀片还是以进口刀片为主，其中共计有5款刀片，全部属于非标产品，控制主轴颈、连杆轴颈直径误差为±0.07mm，轴颈宽度误差为±0.05mm，圆度误差为0.08mm，圆柱度误差为0.08mm，轴向尺寸误差为±0.1mm，连杆轴颈分度误差为0.1mm，表面粗糙度为Ra12.5μm曲轴内铣刀盘具有断屑性能好加工效率高的特点。
　　目前我公司已经开发了该系列刀片并成功替换了原用进口刀片，在不影响生产效率的前提下为客户降低了制造成本。
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　　　　　　　　　　　　　　曲轴内铣刀盘图片（一组7个）
　　3.孔加工刀具，曲轴小头和法兰头的螺纹底孔以及螺纹加工采用了专机一次加工完成，钻削中心机床左右各有主轴进行双主轴加工，加工效率较高，在刀具选择上各有千秋，在加工42CrMoA材料上对刀具的要求主要是断屑和加工性能的稳定，进口刀具略显优势。主要问题为钻头加工过程中的断屑和崩刃问题，很多刀具厂家在该工序试用都出现此问题，究其原因主要是客户加工材料的不稳定而造成，国产料和进口料有很大的区别，在加工上也有很打的差别。
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align=center border=0>曲轴端面孔加工机床刀具库图片。
　　我司整体硬质合金钻头在客户试用的效果和进口品牌刀具不相上下，有很好的断屑和切削性能，在客户中有很好的评价，正逐步扩大在曲轴该类孔加工刀具应用的市场占有率。
　　曲轴加工在汽车行业有举足轻重的地位，尽管曲轴加工工艺复杂但其材料并不复杂，尤其是卡车曲轴还只有锻钢材料。只要根据客户的加工要求合理的选择标准车削刀具，并能够有针对性的开发曲轴铣削刀具系列以及非标整体硬质合金孔加工刀具，就能够在曲轴加工中有很好的发挥，目前钻石品牌刀具在同行业中有着很好的声誉，随着客户对降低成本的要求日益提高，我公司将努力为客户提供越来越多的刀具国产化优化解决方案。
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拖拉机曲轴出现裂纹和断裂的原因分析及检修
&&& 摘要：拖拉机曲轴断裂是花拉机严重的事故，对柴油机是致命的。本文对曲轴断裂的原因进行了分析，并介绍了导致曲轴断裂的主要因素&裂纹的检查方法，及曲轴裂纹的修理方法。
&&& 拖拉机曲轴是柴油机最重要的运动部件。曲轴因裂纹而折断是拖拉机严重的事故。当曲轴将裂断时，发动机振动极大，有沉重而粗闷的异常声响，下曲轴箱回响声很大，随之发动机停止运转，则曲轴已完全折断。曲轴的断裂对柴油机是致命的，这不仅因为其成本很高，而且修理或换新都需要较长的时间。整体式曲轴裂纹多发生在曲轴臂的中部、曲轴臂与连杆轴颈端部，或曲轴臂与曲轴轴颈的接合处；半组合式曲轴的裂纹则大多发生在曲柄销上；全组合式曲轴裂纹大多发生在铸钢曲柄臂上。裂纹的发展将导致曲轴折断。
&&& 一、曲轴裂纹和断裂产生的原因
&&& 曲轴产生裂纹的主要原因是疲劳破坏，它是由弯曲、扭曲或两者合成的交变应力所引起的，而弯曲应力是两者中的主要因素。这是因为扭转应力通常可根据转矩、扭转振动计算掌握，而要准确计算弯曲应力就比较困难，并且曲轴主轴承的磨损又会引起附加弯曲应力。磨损越大越不均匀，附加弯曲应力越大。所以曲轴由弯曲应力引起的裂纹比扭曲应力引起的要多。弯曲应力与扭曲应力在轴颈的过渡圆角处、油孔边缘、材料有缺陷的部位等处易产生裂纹，继而向四周发展。具体原因如下：
&&& 1．材料本身有缺陷
&&& 制造曲轴的材料可能存在有气孔、缩孔、发裂（白点）、夹渣、偏析等缺陷，其中以发裂、夹渣及偏析影响较大。在交变载荷作用下，材料缺陷处因应力集中而产生裂纹。整根锻造的曲轴，如曲柄是机械加工形成的，则钢锭中的硫、磷偏析和氧化物夹渣造成的带状组织缺陷会出现在曲柄销与曲柄臂之间的圆角处。这是该类曲轴产生裂纹的主要原因。球墨铸铁曲轴因球化不良、球径过大等材料缺陷，会使其疲劳强度下降，从而产生裂纹。
&&& 2．修造工艺方面的缺陷
&&& 连杆轴颈小于曲轴轴颈，因此，弯曲应力又以连杆轴颈侧面为最大，故裂纹和折断多发生在该处。轴颈过渡圆角半径过小，油孔边缘圆角过小，或表面粗糙度过高，甚至于表面存在加工痕迹，都会使应力集中而产生裂纹。在镀铬修复轴颈时，圆角处也镀上铬，则会产生残余拉应力，使疲劳强度降低，产生疲劳裂纹。光磨轴颈时，没有使轴颈与曲轴臂连接处保持一定的过渡内圆角。当内圆角磨损引起应力集中，将造成疲劳损伤而折断。
&&& 3．维护管理不当
&&& 柴油机工作过程中，轴承间隙太大造成严重冲击，润滑油污染或渗入水分造成轴颈腐蚀；轴承径向间隙过小，轴瓦烧损，合金脱落，引起冲击载荷增大。轴瓦烧损后，如仍继续行驶，将促使曲轴裂断。主轴承不均匀磨损，气缸体变形，曲轴轴承座孔不正、不圆，修配曲轴轴承时各轴承不在同一轴线上，使曲轴轴心线弯曲过大，也会使曲轴产生裂纹。经常超负荷运行，也会产生裂纹。机油道不通，曲轴处于干摩擦状态，温度过高，导致曲轴折断。曲轴经常处在临界（危险）转速运转，曲轴或飞轮的平衡遭到破坏，曲轴受很大的惯性力冲击，使曲轴疲劳而折断。曲轴轴线不正，使飞轮偏摆，跳动量超过规定，在惯性力作用下，使曲轴产生疲劳而折断。曲轴后端与飞轮连接螺栓（母）松动，运转时曲轴发生抖动，使曲轴在尾端折断。柴油机发生&飞车&捣缸事故引起曲轴折断。
&&& 二、检查曲轴裂纹的方法
&&& 1．将曲轴支承在木架上，用小铁锤轻击曲轴，无裂纹时发出&锵、锵&的金属声，有裂纹则发出&璞、璞&的声音。
&&& 2．用五倍以上放大镜，在强烈的灯光下循轴颈检查。
&&& 3．将曲轴放在煤油中浸2h，取出擦干在可疑处撒一层白粉，轻敲曲轴，如有裂纹则会出现条痕。有条件可采用磁力探伤、超声波探伤、着色法检验。磁力探伤用电磁探伤器，先将曲轴磁化，再用铁粉撒在需要检查的部位，用小锤轻轻敲击曲轴，若有裂纹，则在铁粉聚积的地方就会出现清楚的裂纹线条。
&&& 三、曲轴裂纹的修理
&&& 对曲轴裂纹的修理方案，要取决于裂纹的长度与深度，所以首先应进行探伤检查。
&&& 1．如果裂纹深度较浅，经强度校核，不影响曲轴的使用，可以采用打磨的方法消除。但注意须将裂纹完全清除干净，用油石打磨凿出槽，使之圆滑过渡，以减小应力集中。为完全可靠起见，经过这样处理后，柴油机要降低功率使用。
&&& 2．如果裂纹较深、较长，可考虑用焊补法修理；对组合式曲轴，可更换这一部分的曲柄或主轴颈。焊补时应注意两点：一是开坡口时必须将裂纹完全除去；二是焊补时应尽量减小曲轴的变形。为此要先进行局部预热到150℃，堆焊应分段、分层进行，焊后缓冷，以消除或减小内应力，最后再进行探伤检查和对焊补处进行必要的加工。通常经焊补的曲轴，其柴油机要降低功率使用。
&&& 3．修理时，遇到径向裂纹应特别注意。当径向裂纹离圆角距离在6 mm以内，且裂纹较深的，已不可修理：裂纹较浅的可以根据曲轴断面积实际损伤大小再判断是否可以修复。
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