摘 要

再制造工程可以很好的解决废旧产品再制造的问题，避免资源浪费，降低环境污染，是一项绿色工程。曲轴是柴油机的重要零件之一，受力复杂，工作环境恶劣，利用先进表面工程技术对曲轴进行再制造，能显著降低曲轴制造成本，节约能源。

文章以6300型柴油机曲轴作为研究对象，分析柴油机曲轴的失效机理如磨损、烧蚀、弯扭、裂纹和断裂等，发现磨损是柴油机曲轴失效的主要形式。针对磨损失效曲轴，研究柴油机曲轴的再制造工艺流程，并对曲轴涂层进行设计。最终选择了高速电弧喷涂3Cr13涂层对曲轴进行再制造，同时确定了其工艺流程和工艺参数。喷涂结束后，使用硬质合金刀具切削曲轴，同时选择了合适的切削参数。最后，对曲轴进行精磨。

完成全部加工后，曲轴的尺寸精度和表面粗糙度都达到了使用要求，同时，喷涂层组织和性能也满足了要求，有效延长了曲轴的使用寿命，为企业带来了经济效益。

关键词：曲轴；再制造；电弧喷涂；涂层；机械加工

Abstract

Remanufacturing engineering can solve the problem of waste products remanufacturing, avoid the waste of resources, reduce the pollution of the environment well, it is a green project.

As one of the important parts of diesel engine,the crankshaft bear the complex loading and is in a bad working conditions.,using the advanced surface engineering technology to remanufacture the crankshaft ,can significantly reduce the crankshaft manufacture cost and save energy.

Based on 6300 type diesel engin crankshaft as the research object, the analysis of the failure mechanism of diesel engine crankshaft, such as wear, ablation, bend torsion, crack and fracture, etc., and found that the wear failure of diesel engine crankshaft is the main form. In view of the wear failure of the crankshaft,reserch the diesel engine crankshaft remanufacturing process,and design the coating of the crankshaft. Finally chose high speed electric arc spray 3Cr13 coatign.to remanufacture the crankshaft, and determine the technological process and technological parameters. After spraying, cutting crankshaft using carbide cutting tools, select the appropriate cutting parameters at the same time. At last, grind the crankshaft .

After the completion of all processing,the dimensional accuracy and surface roughness of the crankshaft both achieved using requirements, at the same time, the microstructure and mechanical properties of spray coating also can meet the requirements, effectively prolong the service life of the crankshaft, bringing economic benefits for the enterprise.

Key words: crankshaft;remanufacturing;the arc spraying;coating;mechanical processing

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题提出的背景 1

1.2 再制造技术 1

1.2.1 国外再制造技术的发展状况 1

1.2.2国内再制造技术的发展状况 1

1.3 表面工程技术 2

1.3.1 热喷涂技术 2

第2章 船舶柴油机曲轴的失效机理分析 3

2.1 船舶柴油机曲轴的结构 3

2.2 船舶柴油机曲轴常用的材料 3

2.3 船舶柴油机曲轴的失效机理 4

2.3.1 曲轴磨损失效分析 4

2.3.2 曲轴烧蚀失效分析 5

2.3.3 曲轴弯扭失效分析 5

2.3.4 曲轴裂纹和断裂失效分析 5

第3章 船舶柴油机曲轴再制造工艺制定 7

3.1 曲轴再制造工艺流程 7

3.2 清洗处理 7

3.3 曲轴检测分类 7

3.3.1 曲轴裂纹检测 8

3.3.2 曲轴轴颈的检测 8

3.3.3 曲轴弯扭的检测 9

3.4 曲轴的再制造方案 10

3.4.1 火焰喷涂 10

3.4.2 等离子喷涂 11

3.4.3 电弧喷涂 12

3.5 再制造曲轴性能检测 13

第4章 船舶柴油机曲轴涂层设计 14

4.1 曲轴涂层材料必须满足的性能及条件 14

4.2 曲轴耐磨涂层材料的选择 14

4.3 打底层设计 15

4.4 喷涂工艺的确定 15

4.5 涂层厚度的确定 16

第5章 船舶柴油机曲轴涂层工艺制定 17

5.1 表面预处理 17

5.1.1 表面预加工 17

5.1.2 表面净化 17

5.1.3 表面粗化 17

5.2 喷涂工艺 18

5.3 工件温度控制 19

5.4 喷涂气氛控制 19

5.5 涂层后处理 20

第6章 船舶柴油机曲轴涂层加工方法及切削参数的选择 21

6.1涂层的机械加工方法 21

6.2 车削加工 21

6.2.1 刀具的选择 21

6.2.2 切削参数的选择 21

6.3 磨削加工 22

6.3.1 砂轮类型 22

6.3.2磨削参数 23

6.3.3磨削液 23

第7章 结论 24

7.1 全文总结 24

7.2 存在的不足和展望 24

参考文献 25

致谢 26

第1章 绪论

1.1 课题提出的背景

作为船舶动力系统的核心部分，柴油机的功能是为船舶提供动力。而曲轴是柴油机最主要的零件之一，其制造成本约占柴油机的10%～20%。曲轴在工作过程中，受到运动机件的离心力和惯性的作用，产生弯曲、扭转、剪切和拉伸、压缩等复杂的交变载荷，同时工作环境非常恶劣。因此，如何对报废曲轴进行再制造就显得尤为重要。

1.2 再制造技术

再制造工程是在表面工程和维修工程的基础上发展起来的新兴学科，是以产品全寿命周期理论为指导，以先进技术和产业化生产为手段，最终使废旧产品的性能达到新产品的标准，甚至超过新产品，从而达到降低生产成本，节能减排的目的。

1.2.1 国外再制造技术的发展状况

在工业发达的国家，较早的发现了废旧产品带来的危害，因而也较早的提出了对应的政策。美国在90年代初就已经建立了国家再制造与资源恢复国家中心、制造研究所和再制造工业协会，为生产经济和环保的产品提供先进的技术和工具。经过几十年的发展，国外发达国家的再制造产业已经深入到了工程机械、电子电器和国防装备等各个领域。同时，再制造产业也为这些国家节约了大量的资源，降低了污染物的排放。欧美等发达国家凭借其良好的工业基础和对再制造技术的大量投入，已经开发出了先进的再制造成套设备，在工业设备关键零部件再制造中取得了成功的应用。

1.2.2国内再制造技术的发展状况

与发达国家的再制造技术主要以尺寸修理法和换件修理法相比，我国的再制造技术是在维修工程、表面工程基础上发展起来的，主要基于复合表面工程技术、纳米表面工程技术和自动化表面工程技术。再制造产业在我国已经发展了近20年。徐滨士院士作为我国表面工程和再制造工程的主要倡导者和开拓者之一，于1996年在西安召开的“先进制造技术”国际会议上发表了《表面工程与再制造技术》的学术论文，在国内最先提出“再制造”的概念。经过近二十年的发展，再制造的概念和方法已经被越来越多的人接受，国家也出台了很多政策法规鼓励发展再制造产业。2015年，李克强总理签批了国务院印发的《中国制造2025》纲要，其中就明确提出要大力发展再制造产业，实施高端再制造，智能再制造，促进再制造产业可持续发展。

当前，我国已经在再制造毛坯损伤修复成形技术方面已取得了很大的进步，特别是以电弧喷涂、等离子喷涂为代表的热喷涂修复成形技术已在部分再制造试点企业成功应用，取得了很好的社会和经济效益。然而，我国在再制造毛坯表面处理和绿色清洗、无损检测与寿命评估技术方面与国外相比还有一定的差距。实践证明，这两方面的技术必须与修复成形技术均衡、协调发展，才能真正支撑再制造产业的技术进步和发展^[1]。

1.3 表面工程技术

表面工程是利用表面改性、表面涂覆或者多种表面技术对经过表面预处理的零件进行加工，从而改变零件表面的形态、应力状况以及组织成分和组织结构，最终获得获得所需要的表面性能的系统工程。表面工程技术是再制造技术的关键技术之一。表面工程技术的内容非常广泛，分类方法有很多，无法从一个角度进行全面的概括。目前比较常用的表面工程技术有热喷涂、电镀和堆焊等。表面工程能够利用这些技术制备出耐高温、耐磨损、抗疲劳、防腐蚀等各种性能的表面功能涂层，与制造零件的整体材料相比，表面涂层厚度薄，耗材少，却能承担零件的主要功能。

1.3.1 热喷涂技术

热喷涂技术采用专用设备、利用特定热源将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，用高速气流将其吹成微小颗粒并喷射到经过表面预处理的零件表面形成覆盖层，以提高零件的耐磨、耐蚀、耐热等性能的表面工程技术。经过几十年的发展，热喷涂技术已经应用于各个工业领域，几乎能够在各种固体材料表面喷涂各种材料。在机械零件的再制造过程中，能够为零件表面提供具有耐磨、耐蚀、耐热等不同性能的涂层。热喷涂方法有很多，可分为气体燃烧火焰法、气体放电法、电热法和激光热源。

第2章 船舶柴油机曲轴的失效机理分析

2.1 船舶柴油机曲轴的结构

一根完整的曲轴是由曲柄、功率输出端和自由端构成。它与气缸、活塞及连杆等零件组成了柴油机的动力源装置，主轴颈、曲柄销和曲柄臂三部分组成了曲柄。