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摘 要

曲轴作为柴油机关键的组件之一，由于其工作时所受的力时刻在变化导致其不可避免的产生磨损，当磨损量超过规定值时，会导致曲轴的失效，这是曲轴最常见的失效形式之一。通过激光熔覆这一先进的再制造技术对失效曲轴进行再制造，能在节约经济成本的同时延长曲轴寿命，符合可持续发展观。

本文对柴油机曲轴常见的失效形式进行了分析，然后以某磨损严重的6250柴油机曲轴为例制定了曲轴再制造的工艺流程，接着分析对比了不同种类的激光熔覆材料以及熔覆材料和基体材料之间的匹配关系，最终选择Ni基合金粉末来制备曲轴防腐耐磨涂层，并制定了工艺参数，接着选用高斯激光HL-5000横流二氧化碳激光器，采用同步法进行激光熔覆，激光功率为5KW，光斑直径为3mm,扫描速度为5mm/s；最后设计了涂层的切削参数。

关键词： 柴油机曲轴、再制造、耐磨涂层、激光熔覆。

Abstract

As one of the key components of the diesel engine, the crankshaft will inevitably produce wear due to the change of the working force. When the wear exceeds the specified value, it will lead to the failure of the crankshaft, which is one of the most common failure forms of the crankshaft. Through laser cladding, which is an advanced remanufacturing technology, remanufacturing the failed crankshaft can not only save the economic cost, but also prolong the life of the crankshaft, which is in line with the concept of sustainable development.

In this paper, the common failure forms of diesel engine crankshaft are analyzed, and the remanufacturing process of the crankshaft is established with a 6250 diesel engine crankshaft as an example. Then, the matching relationship between different kinds of laser cladding materials, cladding materials and matrix materials is analyzed and compared. Finally, Ni based alloy powder is selected to prepare the anti-corrosion and wear-resistant coating of the crankshaft, and the working procedure is formulated Secondly, the laser power is 5kW, the spot diameter is 3mm, and the scanning speed is 5mm / s. finally, the cutting parameters of the coating are designed.

Key words: Diesel engine crankshaft, remanufacturing, wear-resistant coating, laser cladding.

目 录

第一章 绪论 5

1.1研究背景和目的 5

1.2曲轴再制造技术及国内外研究现状 5

1.3论文内容 6

1.4本章小结 7

第2章 曲轴的失效机理分析 8

2.1 轴颈磨损 8

2.2腐蚀 10

2.3弯曲及扭曲 10

2.4裂纹 10

2.5红套滑移 11

2.6本章小结 11

第3章 曲轴再制造工艺制定 12

3.1再制造前准备 12

3. 2可再制造价值判断 12

3. 3尺寸测量 13

3.4 再制造方法选择 13

3.5本章小结 14

第4章 曲轴的防腐耐磨涂层设计 15

4.1激光熔覆材料种类 15

4.2熔覆材料选用原则 15

4.3涂层材料选择 18

4.4涂层参数设计 18

4.5本章小结 18

第5章 激光熔覆涂层的制备 19

5.1激光熔覆技术及研究现状 19

5.2激光熔覆的原理 19

5.3激光器的选择 20

5.4影响涂层性能的因素 20

5.5激光熔覆涂层的制备 21

5.6熔覆工艺参数 22

5.7本章小结 22

第6章 曲轴涂层切削参数选择 23

6.1刀具选择 23

6.2 切削角度 23

6.3 切削参数 23

6.4本章小结 24

第7章 结论 25

致 谢 26

参考文献 27

第一章 绪论

1.1研究背景和目的

柴油机通常是船舶的动力来源，主要由活塞、曲轴、十字头、连杆和飞轮等组成。其中曲轴作为重要组件之一，通过把活塞往复运动变为转动带动螺旋桨转动推动船舶行进，因此曲轴的运转情况对主机工作有着很大影响。而曲轴受力的大小和方向是不断变化的，导致其容易产生不均匀磨损，这是曲轴失效的主要原因之一^[1]。

除磨损外，曲轴还可能出现腐蚀或疲劳断裂等失效形式，如果没有及时发现并处理，轻则损坏机器，重则危害人命。而曲轴的造价不菲，在整个柴油机成本中占比相对来说是很大的，如果直接弃用整根曲轴将承受较大的经济损失，除此之外，备用的曲轴零件很少，所以如若曲轴失效，将导致极其严重的后果。因此，为了在降低经济成本的同时使失效曲轴有继续工作的可能，国内外各学者对曲轴各种不同失效形式做了研究分析，采用不同的方法对其进行了再制造方面的探索研究。

常见的曲轴再制造技术有激光熔覆技术、电刷镀技术、热喷涂技术、喷涂层重熔技术等^[3]。其中激光技术是20世纪以来一种十分先进的科技发明，它非常适合对材料进行加工。使用激光熔覆对曲轴进行再制造，能在熔覆层和曲轴表面形成结合强度更高的涂层，同时也提高了其表面的耐磨性和硬度等，所以这项技术的前景非常宽广。

1.2曲轴再制造技术及国内外研究现状

再制造工程是以产品全寿命周期设计和管理为指导，以优质、高效、节能、节材、环保为目标，以先进技术和产业化生产为手段，来修复或改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称^[2]。它的作用主要表现在以下几点：

（1）再制造技术包含当今世界上最新的设计、制造技术，不仅能对可修复的产品进行再利用，而且还促进了前者的研究发展，也给新产品提供了研发设计思路，减少了其研发周期。

（2）直接将损坏的产品报废、丢弃，既污染环境，也浪费资源。而如果使用再制造技术将其修复，使之能继续工作，重复使用，这便提升了它的寿命周期。

（3）当今社会提倡可持续发展，传统的高消耗与高污染的发展模式已然过时，无法满足现代社会的需求。再制造技术在将产品的价值发挥到最大的前提下，不但对现有资源充分利用，还促进了生产效率的提升。同时很好的减少污染排放，符合可持续发展的价值观。

（4）在上述的几点作用下，再制造技术还促进了社会就业问题的解决。各种再制造产业不断发展，企业壮大，对生产人员需求也就增大，促进就业以及国民经济发展。

1.2.1曲轴再制造国内研究现状

田浩亮^[3]等采用高速电弧喷涂技术对柴油机曲轴进行再制造，发现涂层的抗磨性和硬度提升明显，而且有着极大的经济效益，说明该技术值得进一步研究、推广和应用。

谭文锋^[4]等对发动机曲轴进行爆炸喷涂修复，最终曲轴能无障碍持续运转，但喷涂进行过程中需要不断去除未熔颗粒，不利于自动化操作。

申超英^[5]等详细研究了激光淬火工艺参数并成功修复了发动机曲轴，并且发现后者寿命得到了较大提升。舒炳生^[6]等对压缩机曲轴的主要失效形式进行了分析研究，也用该技术对曲轴成功进行了修复。

崔翔^[7]等从曲轴材料、工况、失效形式等方面出发，对曲轴再制造工艺路线问题进行了探索，通过对其不断分析和简化，最终得到了最优的工艺路线。

董宗宜^[8]等对发动机曲轴的材料和结构进行分析，研究了镀铁技术在曲轴再制造中的应用，并验证了该工艺的可靠性。

1.2.2曲轴再制造国外研究现状

Chivu^[9]等采用等离子喷焊对发动机曲轴轴颈表面进行修复，结果表明后者的硬度与耐磨性提升明显，且堆焊层组织气孔率小。

Torims^[10]等在对船舶柴油机曲轴的特点进行分析后，设计了用于激光熔覆再制造的专用设备。

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