日本（běn）製鋼所采用了近淨形鑄鋼技術（shù）和熱軋鑄造技術製造了長25 米重4 0 0 噸的大型船用柴油發動機的曲軸, 並取得高質量、高效益的成（chéng）果（guǒ）。現將其作法摘（zhāi）要介紹如下:

      一（yī）、船用曲軸

      曲（qǔ）軸是柴油發動機直接與螺旋漿軸聯結而傳遞（dì）推進力的。船用柴油發動機曲軸的製造方法, 大體上有二種, 一是整體製造的曲軸, 主要用於中小船舶和發電（diàn）用中、高速的衝程的柴油發動機。另（lìng）一種是組裝式曲軸（zhóu）, 主要用於大中型船舶和發電用低速二衝程柴油發動機, 是將曲拐（guǎi）和軸頸（jǐng）部件熱壓成為整體。

      組裝式曲軸的曲拐有鍛造和鑄造（zào）二（èr）種製造方法, 鍛造方法（fǎ）需要用壓（yā）力機等裝備（bèi）氣割及機械加工（gōng）費用高, 因而土程的負荷（hé）大, 製造成本高。但是由（yóu）於用壓力機（jī）加工, 疲勞強度可提高。鑄造方法與鍛造方法比（bǐ）, 在成本上（shàng）有優越性, 可批（pī）量生產, 但疲勞強度比鍛造的低。

      發動機缸套內的火卜發力, 通過連杆傳到曲拐頸, 此力使曲軸旋轉, 因而曲頸與（yǔ）拐臂間圓角部要求材料有高疲勞（láo）強度（dù）特性。因而對於組裝曲拐, 要開發新的鑄鋼工藝, 使（shǐ）其有與鍛造相當的高疲勞強度。

      二、協桐工藝研究

      利用鑄造工藝的優勢, 改善生產效率（lǜ）和單位消耗（hào）, 對於最大壁厚（hòu）達一米, 重t 達3 5 噸的超厚超（chāo）重的曲（qǔ）拐, 鑄造時要達到近（jìn）淨型水平。有以下三個（gè）課題。

      (1) 鑄造缺欠的預測和控製（zhì）技術, 鑄（zhù）鋼件是向（xiàng）冒口方向進行凝固的。為求得能對凝固收縮補充鋼水的（de）方案, 重要的拐頸（jǐng）部位,冒口的設計應使其（qí）不（bú）出缺陷而（ér）且要增加工工藝補正量, 這是鑄造（zào）工藝的常（cháng）識, 但采用這種方案鑄成後要用氣割和機械加工的部位很多。要充分利用鑄造的優點, 使其（qí）近淨形化（huà）. 製造沒有工藝補正t 淨型鑄件。對於鋼水補給通道（dào）容易中斷, 近淨形狀(拐頸與拐臂（bì）間圓角也鑄出) , 要適當地配合使用冷鐵和發熱材料, 通過總體安排, 使軸頸和圓角等（děng）重要部位（wèi）不產生縮孔缺陷, 所謂方向性凝固是最好的方案。為（wéi）使這個方案做得最好, 用三維傳熱分析模擬和實際產生縮孔的位置進行複核, 判斷（duàn）縮孔巢判定的參數為（wéi）G I , G為溫度（dù）濕度(℃尹se c) , R 為凝固速率(CMI 以（yǐ）沁)(二新山參數（shù）)在某一定值以下, 極厚的鑄（zhù）件就會產生縮孔。以（yǐ）這（zhè）個產生缺陷的臨（lín）界值為基準, 通過後熱分析就（jiù）可以預測出可（kě）能產（chǎn）生缺（quē）陷的位置, 從而決定實施的方案, 可完全不發生有害的缺（quē）陷。

      (2 )熱裂（liè）的預測和（hé）防止圓角處是個重要的部位。是個熱節點（diǎn）, 根據條件可產熱裂,因而必須（xū）避免出現。開發（fā）的途徑是: 預測（cè）拐頸的圓角部位熱（rè）裂的發生。考慮到曲拐的形狀, 進行（háng）了凝固時熱裂的小型模型（xíng）化（huà）實驗,並（bìng）結合熱應（yīng）力分析結果（guǒ）進行核對。這項小型（xíng）實驗中, 改變圓角的尺寸, R =0. 20、40、6 0m m 等。角部位鑄型的也改變, 從砂型、冷鐵以又埋人可收縮材料的砂型（xíng）等, 作了各種組合的試驗。裂紋的評價方（fāng）法, 是采用磁粉探傷檢查, 以求得裂紋（wén）缺陷長度與角部位全長的比, 即裂紋率(% ) , 另外從熱（rè）應（yīng）力（lì）分析結果計算出最大應變量(% ). 以（yǐ）此作出裂紋一應變圖表（biǎo）, 從而找出裂紋產生的（de）臨界應變最。2 m ax =0., 2 。實際（jì）產品也適用此圖表, 通過決定R 的極限尺寸, 決定了（le）角部的最佳形狀為R =20m m , 這些數據也可適（shì）用於近淨型鑄件的生產。

      (3 )防止粘砂

      為使冒口及鑄（zhù）件周圍達到近淨形化, 鑄型澆注時進行了實測和熱分析模擬, 以掌握熱負荷時狀態。極厚的拐頸的脫模部位與液相線相近的溫度要持續數小（xiǎo）時以上, 條件相當苛刻（kè）。開始, 曾（céng）從耐火度的角度對鑄型用的耐火材料進行了研究試驗, 由於不容（róng）易與鑄體分離而放棄。從而再次對砂型進行了研究, 為了防止枯砂（shā）, 對鑄型（xíng）用砂、粘結劑和塗料的最佳配合進行（háng）摸索, 不造成枯砂有以下幾種必要的條（tiáo）件（jiàn）: 砂子要有一定的耐火度; 與鋼水不進行反（fǎn）應; 鋼水不進人砂型。按上述（shù）思路的進行小型試驗（yàn）, 要使熱負荷嚴重的部位, 近淨型化（huà）, 砂型的最佳（jiā）組合是: 原砂用人造莫來石砂; 粘（zhān）結劑用堿性酚醛樹脂; 塗料用特殊的氧化鋁（lǚ）塗（tú）料。這樣就可以在實際生產中得到沒（méi）有粘砂的鑄件。

      三、局部鑄造技術

      為使拐頸的（de）圓角部位（wèi）微壓縮而開發了熱軋加工法。由回轉工作台和加熱噴咀與加壓（yā）裝置本體組成。

      加（jiā）壓裝置本體可在垂直於紙麵的方向移動, 僅在軋輥工作時前進到回轉工作台上麵, 加壓裝置本體是兩側裝有油缸的可升降的C 形框結構, 這兩個油缸的（de）端部分別裝（zhuāng）有工作輥和支（zhī）撐輥,插進（jìn）曲拐的拐頸和圓角進行加（jiā）工。這（zhè）項技（jì）術的特點是（shì）明確了微（wēi）縮壓的條（tiáo）件和結構（gòu）緊湊（còu）的高耐荷重的重用軋輥的設計技術和作業條（tiáo）件。為適應各種不（bú）同的曲拐的熱軋加（jiā）, 在滾子的設計上（shàng）也必須有尺寸的滾子（zǐ）。首先. 通過實驗改變滾子直徑和壓人量時微壓縮區的深度研究。加工條件不同（tóng）消除, 消除缺陷的效果也不同, 壓縮t 增加時, 效果的深度也增加, 但（dàn）不是直線, 滾子的直徑大時效果的深度也大, 詳見附表1 。

      為了更加（jiā）明確微壓縮的條件, 進行了三維有限元（yuán）分析, 並（bìng）與實驗結果對比。微觀縮孔完全（quán）消失（shī）的深度界限, 靜水壓應力和相應的應變值見表2. 但是, 加工時的靜水壓應（yīng）力值, 實際上因加工溫度和材質的（de）不（bú）同（tóng）而改變, 變形阻力. 也不同, 而必（bì）須變化。以90 m m 直徑的滾子壓（yā）縮3 m m 時深20 m m 外的靜水壓應力作為微觀縮孔（kǒng）壓實的限度值. 以求得滾子直徑, 壓縮t , 壓實深度的關係。排除了溫度, 材質等不同影響而整理出來的, 可用於操作條（tiáo）件的設計。實際生（shēng）產的產品從表麵順次（cì）切削. 經過滲透操（cāo）作、磁粉操作, 確（què）認經（jīng）過熱軋加工後（hòu）從表層到30 m m , 深度已消除缺陷。

      四、應用效果分析

      由於近淨（jìng）型鑄（zhù）造工藝, 材料利用率約提高, 10%。機械加費用可降（jiàng）低6 7%。曲拐應力（lì）集中部位的拐頸和圓角, 由於（yú）熱軋化加工處理, 疲勞強度提高了26 %, 可以（yǐ）使鑄鋼（gāng）件的可靠性提高到鍛鋼件同等水平。