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

      一、船用曲軸

      曲軸是柴油發動（dòng）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（yǒu）二種, 一是整體製造的曲軸, 主（zhǔ）要用於中小船舶和發電用（yòng）中、高速的衝程的柴油發（fā）動機。另一種是組裝式曲軸, 主（zhǔ）要用於大中型船舶和（hé）發（fā）電用低（dī）速二衝程（chéng）柴油發動機, 是將曲拐（guǎi）和軸頸部件熱壓成為整體。

      組裝式曲軸的曲拐有（yǒu）鍛造和鑄（zhù）造二種（zhǒng）製（zhì）造（zào）方（fāng）法, 鍛造（zào）方法需要（yào）用壓力機等裝備氣割及機械加工費用高, 因而土程的負（fù）荷大（dà）, 製造成（chéng）本高。但是由於用壓力（lì）機（jī）加工, 疲勞強度可提高。鑄造方法與鍛造方法比, 在成本上有優越性, 可批量生產, 但疲（pí）勞強度比鍛造的（de）低。

      發動（dòng）機缸套內的火卜發力, 通過連杆傳到曲拐頸, 此力使曲軸（zhóu）旋轉, 因而曲頸與拐臂間圓（yuán）角部（bù）要求材（cái）料有高疲（pí）勞強度特性。因而對於組裝曲拐, 要開發新的鑄鋼工藝, 使其有與鍛造相當的高疲勞強度。

      二、協桐工藝研究（jiū）

      利用鑄造工（gōng）藝的優勢, 改善生產效率和單位消耗, 對於最大壁厚達一米, 重t 達3 5 噸的超厚超重的曲拐, 鑄（zhù）造時要達到（dào）近淨型水平。有以下三個課題。

      (1) 鑄造缺欠的預測和控製技術, 鑄鋼件是向冒口方向進行凝固的。為求得能對（duì）凝固收縮補充鋼水（shuǐ）的方案, 重（chóng）要的拐頸部位,冒口的設計應（yīng）使（shǐ）其不出缺陷（xiàn）而且（qiě）要增加工工藝補正量, 這是鑄造工藝的常識, 但采（cǎi）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（diǎn）, 使其（qí）近淨形化（huà）. 製造（zào）沒有工藝補（bǔ）正t 淨型鑄件。對於鋼水補給通（tōng）道容易中斷, 近淨形狀(拐頸與拐臂間圓（yuán）角也鑄出) , 要適當（dāng）地（dì）配合（hé）使用冷鐵（tiě）和發熱材料（liào）, 通過總（zǒng）體安排, 使軸頸和圓角等（děng）重要部（bù）位不產生縮孔缺陷（xiàn）, 所謂方（fāng）向性凝固是最好（hǎo）的方案。為（wéi）使這個方案（àn）做得最好, 用三維傳熱分析（xī）模擬和實際產（chǎn）生縮（suō）孔的位置進行複核, 判斷縮孔巢判定的參數（shù）為（wéi）G I , G為溫（wēn）度濕（shī）度(℃尹se c) , R 為凝固速率(CMI 以沁)(二新山參數)在某（mǒu）一定值以下, 極厚的鑄件就會產生縮孔。以這個產生缺陷的臨界值為基準, 通過後熱分析就可以預測出可能產生（shēng）缺陷的（de）位置, 從而決定實（shí）施的方案, 可（kě）完全不發生有害的缺陷。

      (2 )熱裂的預測（cè）和防止圓角處是個重要的部位。是個熱節點（diǎn）, 根（gēn）據條件可產熱裂,因而必須避免出現。開發（fā）的途（tú）徑是: 預測拐頸（jǐng）的（de）圓角部位熱裂（liè）的發生（shēng）。考慮（lǜ）到曲拐的（de）形狀, 進（jìn）行了（le）凝固時熱裂的小型模型化實驗,並結合熱應力分析結果進行核對。這項小型（xíng）實驗中, 改變圓角的尺寸, R =0. 20、40、6 0m m 等（děng）。角部位鑄型的也改（gǎi）變（biàn）, 從砂型、冷鐵以又埋人可收縮材料的砂型等, 作了各種組合（hé）的試驗。裂紋（wén）的評價方法, 是采用磁粉探傷檢查, 以求得（dé）裂紋缺陷長度與角部位全長的比, 即裂紋率(% ) , 另外從熱應力分析結果計算出最大應變量(% ). 以此作出裂紋一應變圖表, 從而找（zhǎo）出裂紋產生的臨界（jiè）應變最（zuì）。2 m ax =0., 2 。實（shí）際產（chǎn）品也適（shì）用（yòng）此圖表, 通過決定R 的極限尺寸, 決定了角部（bù）的最佳形狀為（wéi）R =20m m , 這些數據也可適用（yòng）於（yú）近淨型鑄件的生產。

      (3 )防止粘砂

      為使冒口及鑄件周圍達到近淨形化, 鑄型澆注時進行了實測和熱（rè）分析模擬, 以掌（zhǎng）握熱負荷時狀（zhuàng）態。極厚的拐頸的脫模部位與液相線（xiàn）相近的溫（wēn）度要持續數小時以上, 條件相當苛（kē）刻。開始, 曾從耐火度（dù）的角度對鑄型用的耐火材料進行了研究試驗, 由於不容易與鑄體分（fèn）離而放棄。從而再次對砂型進行了研究, 為了防止枯砂, 對（duì）鑄型用砂、粘結劑（jì）和塗料的最佳配合進行摸索, 不造成（chéng）枯砂有以下幾種（zhǒng）必要的條件: 砂子要有一定的耐火度; 與（yǔ）鋼水不（bú）進行反應; 鋼水不（bú）進人砂型。按上（shàng）述思路的進行小型（xíng）試驗, 要使熱負荷嚴重的部位, 近淨型化, 砂型的最佳（jiā）組合是: 原（yuán）砂用人造（zào）莫來石砂; 粘結劑用堿性酚醛樹脂; 塗料用特殊的氧化鋁塗料。這樣就可以（yǐ）在實際生產中得到沒有粘砂的（de）鑄件。

      三、局部鑄造技術

      為使（shǐ）拐頸的圓角部位微壓縮而開發了熱軋加（jiā）工法。由回轉工作台和加熱噴咀與加壓裝置本體組成。

      加壓裝置本體可在垂直於紙麵的方向移動, 僅在軋輥工作（zuò）時前進到回轉工作台上麵（miàn）, 加壓裝置（zhì）本體是兩側裝有油缸的可升降的C 形框結構, 這兩個油缸的端部分別裝有工作輥和支撐輥,插進曲拐的拐頸和圓角進行加工。這項技術的特點是明確了（le）微縮壓的條件和結構緊湊的高耐荷重的（de）重用軋輥的（de）設計技術和作業條（tiáo）件。為適（shì）應各種不同的曲拐的熱軋加, 在滾子的設計上也必須（xū）有尺寸的滾子。首先. 通過實驗（yàn）改變滾子直徑和壓（yā）人量時微壓縮區的深度研究。加工條件不同消除, 消除缺陷（xiàn）的效果也不同, 壓縮t 增加時, 效果的深度也增加（jiā）, 但不是直線, 滾子的直徑大時效（xiào）果的深度也大, 詳見附表1 。

      為了更加明確微壓縮的條件, 進行了（le）三維有限元分析, 並與實驗（yàn）結果對比。微觀縮（suō）孔完全消失的（de）深度界限, 靜水壓應力和相應的（de）應變值見表2. 但是, 加工時（shí）的靜（jìng）水壓應力值, 實際（jì）上因加工溫（wēn）度和材質的（de）不同而改變, 變形阻力. 也不同, 而必須變（biàn）化。以90 m m 直徑的滾子壓縮（suō）3 m m 時深20 m m 外的（de）靜水壓應力作為微觀縮孔壓實的限度值. 以求得（dé）滾子直徑（jìng）, 壓縮t , 壓實深（shēn）度的關係。排除（chú）了溫度, 材質等不同影響而整理出來的, 可用於操作條件（jiàn）的設計。實際生產的產品從表麵順次切削. 經過滲透操作、磁粉操作, 確認經過熱軋加（jiā）工後從表層到30 m m , 深度已消除（chú）缺陷。

      四（sì）、應用效果分析

      由於（yú）近淨型鑄（zhù）造工藝, 材料利用率約（yuē）提高, 10%。機械（xiè）加費用可降低6 7%。曲拐應力集中部位（wèi）的（de）拐頸和圓（yuán）角, 由於熱軋化（huà）加工處理, 疲勞強度提高了26 %, 可以（yǐ）使鑄鋼件的可靠性提高到鍛（duàn）鋼件同等水平。