濱州海得曲軸有限責(zé)任公司 （山東 256600） 李永真 張 輝

曲軸工作中主要承受交變彎曲扭轉(zhuǎn)載荷及沖擊載荷，這些載荷不僅數(shù)值大，而且呈周期性變化。其在工作中主要失效形式有兩種：疲勞斷裂和軸頸表面磨損。根據(jù)曲軸的服役條件，曲軸必須具有足夠的強(qiáng)度、抗沖擊性能、抗疲勞性能及較好的耐磨性。那么就要求使用完善的檢測(cè)設(shè)備對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性及可靠性。

用于生產(chǎn)曲軸的材質(zhì)一般是鍛鋼、球墨鑄鐵，成分、組織、性能、外觀尺寸是衡量產(chǎn)品是否滿足圖樣要求的關(guān)鍵特性指標(biāo)，本文就曲軸生產(chǎn)過程所需的檢測(cè)設(shè)備分類進(jìn)行闡述。

一、化學(xué)成分檢測(cè)儀器

性能取決于組織，組織取決于成分，成分由鑄造過程所決定。在成分一定的情況下，而組織又取決于化學(xué)成分、加工工藝，熱處理是改變組織的主要工藝手段。鋼類曲軸化學(xué)成分、球墨鑄鐵類曲軸鑄造用原材料及爐前鐵液化學(xué)成分的控制非常重要，可以使用比色計(jì)、聯(lián)測(cè)儀、光譜儀等設(shè)備進(jìn)行定量分析（見附表），使之控制在技術(shù)要求的范圍內(nèi)。

檢測(cè)特性指標(biāo)的設(shè)備列表

1.比色計(jì)

比色計(jì)是通過把被測(cè)試樣溶解后的溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液顏色的比較進(jìn)行定量分析的儀器，主要用于對(duì)所測(cè)材料的顏色、色調(diào)、色值進(jìn)行測(cè)定及分析。它是化學(xué)分析不可或缺的檢測(cè)儀器，用于硅、錳、磷、稀土總量、鎂、銅、鉬等元素的測(cè)定，操作簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高，是光譜儀不能替代的。

2.碳、硫紅外聯(lián)測(cè)儀

以熱釋電傳感器為核心，由高頻感應(yīng)燃燒爐和微機(jī)控制系統(tǒng)組成，集光、電、計(jì)算機(jī)、分析技術(shù)于一體的智能化紅外分析儀器。具有測(cè)量值范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，以及分析結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)。主要用于爐前原材料、爐前鐵液中碳、硫的定量分析。

3.光譜儀

利用光的色散、吸收、散射的現(xiàn)象，激發(fā)試樣得到與被測(cè)試樣有關(guān)的光譜，通過計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)從而對(duì)其各元素進(jìn)行定量分析的物理光學(xué)儀器。其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，分析速度快，選擇性好，靈敏度高，準(zhǔn)確性好，可同時(shí)檢測(cè)被設(shè)定的所有元素組分含量。像直讀光譜儀應(yīng)用于鋼鐵曲軸爐前鐵液的快速分析，為爐前成分結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供依據(jù)，可杜絕批量廢品事故的發(fā)生。日本OES－5500、德國(guó)GS－1000型直讀發(fā)射光譜儀等是很好的選擇。

二、力學(xué)性能試驗(yàn)設(shè)備

材料試驗(yàn)室進(jìn)行鑄造、熱處理工藝檢驗(yàn)應(yīng)配置的力學(xué)性能試驗(yàn)設(shè)備，有拉力試驗(yàn)機(jī)、硬度計(jì)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、疲勞試驗(yàn)機(jī)等。

1.拉力試驗(yàn)機(jī)

像電子拉力試驗(yàn)機(jī)、萬能材料試驗(yàn)機(jī)等主要用于材料的拉伸、彎曲、剪切等試驗(yàn)，以測(cè)定材料最基本的力學(xué)性能指標(biāo)，如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、抗彎強(qiáng)度等，為合理選材、確定熱處理工藝等提供依據(jù)。常用的試驗(yàn)機(jī)一般分機(jī)械式和液壓式，比較先進(jìn)的有電子拉伸試驗(yàn)機(jī)和自動(dòng)試驗(yàn)機(jī)。WE－60液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)、萬能電子拉伸試驗(yàn)機(jī)都是很好的選擇。可根據(jù)技術(shù)參數(shù)如試樣直徑、最大試驗(yàn)力、試驗(yàn)力測(cè)量范圍等對(duì)試驗(yàn)機(jī)作出選擇。

2.硬度計(jì)

硬度是金屬材料力學(xué)性能中最常用的性能指標(biāo)之一，是表征金屬在表面局部體積內(nèi)抵抗變形或破裂的能力，它不僅與材料的靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度存在近似的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，還與冷成形性、切削性等工藝性能也間接存在某些聯(lián)系，因此硬度值對(duì)于控制材料冷熱加工工藝質(zhì)量有一定的參考意義。常用的硬度計(jì)有精度高的臺(tái)式布氏硬度計(jì)、臺(tái)式洛氏硬度計(jì)、維氏硬度計(jì)，用于試驗(yàn)室精測(cè)；適用于工序檢驗(yàn)的有里氏硬度計(jì)、便攜式洛氏硬度計(jì)、便攜式布氏硬度計(jì)等。

3.沖擊試驗(yàn)機(jī)

沖擊試驗(yàn)機(jī)是檢測(cè)材料脆性或韌性的設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。沖擊試驗(yàn)是為獲取試樣在沖擊試驗(yàn)機(jī)上一次沖斷單位面積所消耗的功，是表征材料脆性或韌性的性能指標(biāo)，其數(shù)值越大，說明韌性越好，反之脆性大。沖擊試驗(yàn)是最容易獲取材料動(dòng)態(tài)性能的試驗(yàn)方法，可直接用沖擊試驗(yàn)機(jī)來測(cè)定材料動(dòng)態(tài)斷裂韌度或止裂韌度。普通的擺錘式試驗(yàn)機(jī)、先進(jìn)的帶有沖擊示波裝置和電子計(jì)算機(jī)的沖擊試驗(yàn)機(jī)，可滿足不同的要求。

4.疲勞試驗(yàn)機(jī)

疲勞試驗(yàn)機(jī)是一種通用的振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)，可用于機(jī)械零件的耐久性試驗(yàn)或機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的測(cè)量，是綜合考量零件的設(shè)計(jì)、鑄造、熱處理、機(jī)械加工等質(zhì)量的試驗(yàn)設(shè)備。在耐久性試驗(yàn)中，根據(jù)被測(cè)零件對(duì)載荷的要求，系統(tǒng)對(duì)試件可施加拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)或彎扭復(fù)合載荷，控制回路保持載荷恒定并使系統(tǒng)始終處于共振狀態(tài)。應(yīng)用于曲軸彎曲疲勞試驗(yàn)、曲軸扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)等，為產(chǎn)品開發(fā)、工藝試驗(yàn)提供理論依據(jù)。如東風(fēng)工藝研究所研制的PDC－1、PDC－2電動(dòng)諧振疲勞試驗(yàn)機(jī)已得到廣泛應(yīng)用。

三、顯微鏡

顯微鏡是試驗(yàn)室用來進(jìn)行顯微組織分析的儀器，是用光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡觀察金屬內(nèi)部的組成相及組織組成物的類型，以及它們的相對(duì)量、大小、形態(tài)及分布等特征。顯微組織分析是材料及熱處理工藝質(zhì)量檢驗(yàn)與控制的重要方法。

1.光學(xué)顯微鏡及圖像分析儀

光學(xué)顯微鏡是分析顯微組織最簡(jiǎn)單、最常用的重要儀器，是靠光學(xué)透鏡——物鏡及目鏡，獲得顯微組織放大成像的檢測(cè)儀器。

光學(xué)顯微鏡可配圖像分析儀，自動(dòng)圖像分析儀可利用計(jì)算機(jī)處理圖像信息，包括幾何信息如尺寸、數(shù)量、形態(tài)、位置及色彩等，還可直接計(jì)算出三維組織特征參量，并自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理。圖像分析儀測(cè)量速度快，測(cè)定項(xiàng)目多，還可避免人為誤差，測(cè)量精確度高。

圖像分析常進(jìn)行的項(xiàng)目有：第二相的體積分?jǐn)?shù)；各類夾雜物數(shù)量、形狀、大小及分布；碳化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等。因此，為提高圖像分析儀的測(cè)量精度，除配備分辨率高的顯微鏡外，還應(yīng)保證良好的制樣質(zhì)量。

2.掃描電鏡

掃描電子顯微鏡是進(jìn)行曲軸斷口分析的有力工具。掃描電鏡是利用掃描線圈使經(jīng)聚焦的電子束在試樣表面上掃描，引起二次電子發(fā)射，經(jīng)過接收、放大輸入顯像管。對(duì)顯像管進(jìn)行調(diào)整，使顯像管熒光屏上形成二次電子圖像。其特點(diǎn)是可以直接觀察較大的樣品，放大倍數(shù)可連續(xù)增大，清晰顯示斷口凹凸形貌，測(cè)定樣品微區(qū)化學(xué)成分，以及確定晶體取向等，用途寬泛。有的掃描電鏡還可兼作電子衍射儀和電子探針等方面的工作。

四、測(cè)量?jī)x

1.曲軸綜合測(cè)量?jī)x

用于在線抽檢和試驗(yàn)室精測(cè)，一次裝卸就能夠快速、準(zhǔn)確對(duì)曲軸進(jìn)行綜合測(cè)量，同時(shí)對(duì)所測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、輸出和打印。曲軸的檢測(cè)主要是對(duì)主軸頸的開檔面和兩類軸頸的測(cè)量，測(cè)量項(xiàng)目包括：直徑、半徑、圓度、圓柱度、直線度、輪廓度等，全尺寸的檢驗(yàn)，快速、高效、精確，1h內(nèi)能精確測(cè)量四缸曲軸10～15根。例如ADCOLE公司生產(chǎn)的曲軸、凸輪軸綜合測(cè)量機(jī)，該設(shè)備采用立式頂尖定位零件，機(jī)械接觸式測(cè)量，回轉(zhuǎn)主軸角向定位精度可達(dá)到1″，主軸徑向圓跳動(dòng)可達(dá)0.25μm，徑向測(cè)量精度可達(dá)0.5μm，軸向直線精度可達(dá)0.5μm/50mm，每周采點(diǎn)數(shù)為3600點(diǎn)，測(cè)量精度高，重復(fù)性好，是曲軸制造業(yè)不可或缺的在線抽檢及終檢設(shè)備。

2.表面粗糙度測(cè)量?jī)x

對(duì)曲軸表面粗糙度進(jìn)行檢測(cè)的儀器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由主機(jī)和傳感器兩部分組成。測(cè)量工件表面粗糙度時(shí)，將傳感器放在工件被測(cè)面上，由儀器內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)傳感器沿被測(cè)表面作等速滑行，傳感器通過內(nèi)置的銳利觸針感受被測(cè)表面的粗糙度，此時(shí)工件被測(cè)表面的粗糙度引起觸針產(chǎn)生位移，該位移使傳感器電感線圈的電感量發(fā)生變化，從而在整流器的輸出端產(chǎn)生與被測(cè)表面粗糙度成比例的模擬信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過放大及轉(zhuǎn)換后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)字濾波和參數(shù)計(jì)算，測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)在顯示器上。

表面粗糙度儀按功能分為表面粗糙度儀、粗糙度形狀測(cè)量?jī)x、表面粗糙度輪廓儀?？蓱?yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，測(cè)量曲軸的表面粗糙度，以便于精加工工序的質(zhì)量控制。

五、無損檢測(cè)設(shè)備

在鑄造、熱處理、機(jī)加工過程造成的近表面缺陷如裂紋、發(fā)紋、氣孔、折疊及夾雜物等嚴(yán)重影響曲軸的性能，使得其會(huì)在低于本身的疲勞強(qiáng)度的情況下產(chǎn)生早期疲勞斷裂，那么采用無損檢測(cè)技術(shù)可有效地控制缺陷對(duì)曲軸甚至發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，且能保持曲軸的完好。

1.磁粉無損檢測(cè)儀

磁粉無損檢測(cè)儀是金屬加工業(yè)廣泛應(yīng)用的檢測(cè)手段，是將待測(cè)磁性金屬工件加以磁化，借助于磁粉顯示鐵磁性材料漏磁場(chǎng)的分布，從而發(fā)現(xiàn)材料表面及近表面缺陷如裂紋、發(fā)紋、氣孔、折疊及夾雜物的一種無損檢測(cè)技術(shù)，其操作簡(jiǎn)單，不損傷工件，靈敏性好，效率高。

用于曲軸最后的成品檢驗(yàn)，保證其在經(jīng)過鑄造、機(jī)械加工、熱處理后，在表面上不產(chǎn)生缺陷；也可用于半成品，如感應(yīng)淬火或氮碳共滲前的檢驗(yàn)，以發(fā)現(xiàn)原來就存在的缺陷，并由此為下道工序出現(xiàn)的質(zhì)量問題制訂預(yù)防措施。

2.音頻無損檢測(cè)儀

音頻無損檢測(cè)儀檢測(cè)缺陷的基本原理是根據(jù)敲擊被測(cè)件發(fā)出聲音的頻率，通過聲波收集器收集聲波，經(jīng)模擬器分析聲波的共振頻率，再與標(biāo)樣錄取的共振頻率比較，計(jì)算機(jī)自動(dòng)判斷識(shí)別Pass或Fail。音頻無損檢測(cè)，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，準(zhǔn)確率高，是一種經(jīng)濟(jì)、有效、可靠的無損檢測(cè)技術(shù)，適用于大批量曲軸生產(chǎn)的無損檢測(cè)。

六、結(jié)語

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零部件，它的質(zhì)量控制越來越嚴(yán)格，檢測(cè)手段越來越先進(jìn)。檢測(cè)設(shè)備作為曲軸生產(chǎn)制造的質(zhì)量控制手段，也代表企業(yè)的技術(shù)水平。

有的曲軸生產(chǎn)廠家，引進(jìn)日本或德國(guó)產(chǎn)的檢測(cè)設(shè)備，以提升自己的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。檢測(cè)設(shè)備應(yīng)按化學(xué)成分檢測(cè)、力學(xué)性能試驗(yàn)、金相分析、全尺寸檢測(cè)、表面無損檢測(cè)等種類配備，設(shè)備應(yīng)具有先進(jìn)、高效、精確等特點(diǎn)，以便于曲軸關(guān)鍵特性指標(biāo)的有效控制，更有利于曲軸乃至汽車行業(yè)的發(fā)展。

（20121105）