论文总字数：29500字

摘 要

曲轴是柴油机的主要部件之一，曲轴在失效的同时会使柴油机失效，表面修复技术是修复失效曲轴的有效手段。高速火焰喷涂技术是当代先进的表面修复技术，采用高速火焰喷涂对柴油机失效曲轴进行再制造可恢复甚至提升柴油机曲轴性能。

本文以对柴油机曲轴的失效机理进行分析为基础，并以磨损失效的6250柴油机曲轴为例，制定了柴油机曲轴再制造工艺流程，并对再制造工艺流程的各部分做出阐述。涂层技术是柴油机曲轴再制造中不可或缺的一环，对磨损失效的柴油机曲轴需制备相应的涂层，文中阐述了柴油机曲轴耐磨涂层材料以及涂层的选取方法和原则，并对柴油机耐磨涂层进行了参数设计。高速火焰喷涂技术作为先进的再制造技术，采用高速火焰喷涂技术对柴油机曲轴进行再制造，能有效提升曲轴涂层的性能，文中对高速火焰喷涂的特性以及研究现状做出综述，制定了高速火焰喷涂的工艺参数和喷涂的工艺流程。设计了柴油机曲轴涂层的切削以及磨削参数，以保证曲轴的工艺要求能达到标准。

关键词：柴油机曲轴、高速火焰喷涂、再制造、涂层。

Abstract

The crankshaft is one of the main components of diesel engines. The surface repair technology is an effective method to repair the damaged crankshaft. High speed flame spraying technology is an advanced surface repair technology, which can restore and even improve the performance of diesel engine crankshaft by high speed flame spraying.

Based on the analysis of the failure mechanism of diesel engine crankshaft and the case study of 6250 diesel engine crankshaft with wear failure, the remanufacturing process of diesel engine crankshaft is developed in this paper, and the parts of the remanufacturing process are described. The coating technology is an indispensable part of the diesel engine crankshaft remanufacturing. It is necessary to prepare the corresponding coating for the diesel engine crankshaft with wear-out. The selection method and principle of the abrasion resistant coating material for the diesel engine crankshaft are described in this paper. The parameters of the abrasion resistant coating for diesel engine are designed. High Velocity Oxygen Flame spraying technology as an advanced remanufacturing technology, High Velocity Oxygen Flame spraying technology for diesel engine crankshaft remanufacturing, can effectively improve the performance of the crankshaft coating, the characteristics of High Velocity Oxygen Flame spraying and research status are summarized, the High Velocity Oxygen Flame spraying process parameters and process flow are formulated. The cutting and grinding parameters of diesel engine crankshaft coating are designed to ensure that the crankshaft technology can meet the standard.

Key word: crankshaft of diesel engine; High Velocity Oxygen Flame spraying; remanufacturing; coatings.

目录

第1章 引言 1

1.1 研究背景和目的 1

1.2 曲轴再制造研究现状 2

1.2.1 国内曲轴再制造研究现状 2

1.2.2 国外曲轴再制造研究现状 2

1.3 本文研究内容 2

1.4 本章小结 3

第2章 柴油机曲轴的失效机理 4

2.1 擦伤、划痕和腐蚀 4

2.2 弯曲、扭曲、裂纹和断裂 5

2.3 组合式曲轴套合处的滑移 5

2.4 磨损失效 5

2.5 本章小结 6

第3章. 柴油机曲轴再制造工艺制定 7

3.1 准备工作 7

3.2 表面预处理 9

3.2.1 表面预加工 9

3.2.2 净化处理 9

3.2.3 表面粗化 10

3.2.4 粗化后清理 11

3.3 预热 11

3.4 喷涂工艺 11

3.5 涂层后处理 12

3.6 本章小结 12

第4章 柴油机曲轴耐磨涂层设计 13

4.1曲轴耐磨涂层的选用原则 13

4.2曲轴的耐磨涂层材料 14

4.2.1耐磨材料的选用原则 14

4.2.2耐磨涂层材料种类 14

4.3曲轴耐磨涂层的设计 15

4.3.1耐磨涂层 15

4.3.2曲轴耐磨涂层的设计 17

4.4本章小结 17

第5章 柴油机曲轴高速火焰喷涂工艺制定 18

5.1 高速火焰喷涂研究现状 18

5.1.1 HVOF特性 18

5.1.2 国外研究现状 19

5.1.3国内研究现状 19

5.2 高速火焰喷涂工艺参数 19

5.2.1 热源参数及喷涂材料参数 19

5.2.2 操作参数 20

5.3 喷涂工艺过程 21

5.3.1 喷涂粉末的准备和烘干 21

5.3.2 曲轴表面的清洗和粗化 21

5.3.3 预热 21

5.3.4 喷涂过程以及温度控制 22

5.3.5 涂层厚度控制 22

5.3.6 曲轴以及涂层冷却方式 22

5.4本章小结 23

第6章 柴油机曲轴涂层的后处理 24

6.1 高速火焰喷涂涂层切削工艺特点 24

6.1.1 HVOF涂层性能 24

6.1.2 刀具特性 24

6.1.3 切削角度 25

6.1.4 切削参数 26

6.2 曲轴涂层的磨削 26

6.2.1 磨削砂轮以及磨粒 27

6.2.2 磨削参数 27

6.3 本章小结 28

第7章. 结论与展望 29

7.1 结论 29

7.2 展望 29

参考文献 31

致谢 34

第1章 引言

1.1 研究背景和目的

在船舶以及陆地运输领域中，曲轴作为柴油机的部件之一，其作用是将柴油机各缸功率汇集，并进行运动形式的转换。曲轴重量占整台柴油机的7%~15%，造价占10%~20%。2005 年前，半组合式大型曲轴市场完全由国外如美国、西班牙等企业所垄断^[1]，直至2005年后我国才相继出现了几家可制造大型柴油机曲轴的公司，但技术层面仍然远远落后于国外。对废旧曲轴进行再制造能够有效缓解我国曲轴的生产压力。

我国徐滨士院士对再制造的定义为：以对实现废旧产品或零部件性能的提升为目的，并以优质、高效、节约能源和资源、环保为准则，利用先进的技术实现废旧产品或零部件的性能升级的过程即为再制造^[2]。再制造以优质、高效、节能、环保等优点在近几年受到了广泛关注^[3]。对曲轴进行再制造，有着良好的经济性和环境效益，其优点如下：

(1) 能够有效缓解各大企业制造大型柴油机曲轴的压力。从2005年至2008年，我国制造大型柴油机曲轴共420根，在未向外进口大型柴油机曲轴的情况下，船舶柴油机市场处于供不应求的状态，废旧柴油机曲轴再制造能够缓解企业的部分压力。

(2) 曲轴的再制造能力强。除曲轴断裂等极端情况下，诸如曲轴的腐蚀、磨损等失效形式皆可使用再制造工艺恢复曲轴的性能。

(3) 曲轴再制造的性价比高。曲轴因其工艺特性，制造难度大、成本高。对曲轴进行再制造在恢复其性能的同时其再制造成本却仅为新品的三分之一，还可节约相当于制造新品的70%的原材料和60%的能源^[4]。

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