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機械製造期末報告 題目:鍛造曲軸 車輛三甲 詹詠燁4A215087 蕭維智4A215031 賴穎志4A215037 曲軸 曲軸（crankshaft）是往復式活塞引擎中，將活塞的直 線往復運動的動能轉化為旋轉動能的部件。曲軸主要是 由一根會旋轉的長軸構成，為了將往復式的運動轉換為 旋轉運動，曲軸上會有「曲軸臂」或曲軸銷部份，其軸 心和曲軸的軸心有徑向位移，而活塞連桿的較大一端會 連到曲軸的曲軸臂或曲軸銷。 若在四行程循環中一般會在曲軸上加裝一飛輪，以降低 其轉矩脈衝特性，吸收動能並且傳遞動力，有時也會在 另一端加上旋轉或振動的阻尼器，以減少曲軸上的扭力 震動。 改裝強化重要性 曲軸亦即引擎中的龍骨，其功能是將活塞上、下直線 性運動轉換為圓旋轉功能，由於曲軸時常在高速的運 轉之下，其剛性、材質及精密度，都接受最嚴苛的考 驗，所以曲軸本身乃整體鑄造或鍛造而成，改裝曲軸 則非鍛造不可。一般而言，曲軸的升級改裝不外乎輕 量化與平衡，原廠曲軸平衡度也有一定的水準，只是 一般設定轉速比較低一點，大約在斷油轉速以上500 轉（市售車極少超過8000轉），一旦超過平衡設定轉 速，震動率相對加大、引擎摩擦力增大、波司容易異 常磨損，馬力當然下降了！ 鍛造技術 以熱模鍛壓力機、電液鎚爲主機的自動線是鍛造曲軸生產的發 展方向，這些生產線將普遍采用精密剪切下料、輥鍛（楔横軋 ）制坯、中頻感應加熱、精整液壓機精壓等先進工藝，同時配 有機械手、輸送帶、帶回轉台的換模裝置等輔機，形成柔性制 造系統（FMS）。通過FMS可自動更換工件和模具以及自動進行 參數調節，在工作過程中不斷測量。顯示和記錄鍛件厚度和最 大壓力等數據並與定值比較，選擇最佳變形量以穫得優質產品 。由中央控制室監控整個系統，實現無人化操作。 此鍛造方法鍛造的曲軸，具有内部金屬流線的全纖維性， 可以提高20%以上的疲勞強度。 鍛造曲軸 構成鍛造曲軸的非調質鋼材的基體由初析鐵素體的面積 率小于10%的鐵素體-珠光體組織或珠光體組織構成。 其中，“初析鐵素體”指的是冷卻鋼時在共析轉變之 前從奧氏體析出的鐵素體。另外，“鐵素體-珠光體 組織”指的是由初析鐵素體和珠光體構成的組織，“ 珠光體組織”指的是初析鐵素體的面積率為0%的實質 為珠光體單相的組織。 何謂鍛造 鍛造(Forging)，是金屬壓力加工方法之一。指利用壓力改變 金屬原料形狀，以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸 的鍛件的一種加工工藝。 根據加工時工件的溫度，可將鍛造分為：熱鍛；溫鍛；冷 鍛。 通常把坯料加熱後，用手錘、鍛錘或壓力機等錘擊或加壓， 使它發生塑性變形，成為一定形狀和尺寸的工件，所得的工 件稱為鍛件，鍛造能改變金屬組織、提高其機械性能，因此 在機械製造中常用來製造承受較大動載荷的零件。 鍛造機器 圖片中是一間製作輪圈的公司所使用的鍛造機器 鍛造種類 鍛造工法有 1.熱鍛造 2.冷鍛造 1.熱鍛造：加熱使金屬軟化方式在經過重機械壓縮及敲打(製)成 形。 (1)優點：壓縮及敲打(製)的力量都不用很強、成本低。 (2)缺點：加熱的製程時密度漸漸變低(純粹是金屬反應)，冷卻時 密度向外擴散，變成外硬內軟的情況(熱脹冷縮)。 2.冷鍛造：以慢慢加熱的方式在在經過重機械壓縮及敲打(製)成 形。 (1)優點：在低溫下密度平均分散冷卻時緩緩降溫使得整體密度平 均整體硬度高!! (2)缺點：成本及失敗率高(主要是要控制溫度)(材料也會影響)。 熱鍛造.冷鍛造比較 熱鍛造及冷鍛造差別： 耐蝕性:不考慮原料冷鍛造較高，但是原料會 影響 抗拉強度:冷鍛造高 塑型變型:熱鍛造高 硬度:冷鍛造高 韌性:熱鍛造高 重量比:冷鍛造重 耐溫性:冷鍛造較好 為甚麼使用鍛造，有甚麼好處? 市面上常使用鑄造跟鍛造加工，故兩個相比較。 鑄造: 鑄造是指將即將將固化的物質倒入特定形狀的鑄模待其凝固成 形的加工方式。透過模具的設定，被鑄物質多為原為固態但 加熱至液態的金屬。 優點：模具與製造加工成本低。 缺點：重量重、結構強度低、成品降溫後容易變形、易有氣泡 及沙孔。 鍛造: 優點：重量輕、結構強、成品真圓與精密度高。 缺點：模具（一個模具約70萬美金）與製造加工成本高。 鍛造加工製作 通過鍛造加工可以消除金屬內在缺陷，改善金屬組 織，使金屬流線分佈合理，金屬緊密度好。鍛造成 型加工工藝廣泛應用於軸承成型加工中，可以完成 從內徑~20mm的小型產品到外徑5000mm的特大型產品 的加工。常見的鍛造成型方法有：熱鍛加工、冷鍛 加工、溫鍛加工，我國以熱鍛為主。 熱鍛加工因其成型加工設備不同又分為：自由鍛造 加工工藝、壓力機鍛造工藝、平鍛機鍛造工藝和高 速鐓鍛機鍛造工藝。 鍛造缺點 鑄造在成形後沒辦法再做修補但是鍛造是可以 的。 儘管鍛造工法在大部分物理性質上優於鑄造， 鑄造工法還是有一個鍛造所沒有的優勢，那就 是十分容易成型。 以輪圈為例，剛鍛造出來的輪圈只是個雛形， 需要很多後續的加工才能成型。至於鑄造的輪 圈在鑄造的過程中就已大致成型，只需少量的 後續加工。 鍛造鑄造密度迷思 鍛造的金屬密度較高，但是重量卻比鑄造輕 鑄造的密度較小，鍛造的密度較高，所以在相 同的體積時，鑄造金屬重量較輕但強度較弱， 鍛造金屬重量較重但強度強很多。但是因為 6mm薄鍛件的強度，仍超過9mm厚鑄件的強度， 所以同直徑的鍛造鋁圈較輕、鑄造鋁圈較重。 市面上的鍛造曲軸 市面上的引擎曲軸多半還是使用鑄造成形，原 因是鍛造成本太高以及強度設計上鑄造已經可 以承受的住(例如鋁合金)。 在某些高性能量產車款或者是外面的改裝廠會 使用鍛造曲軸，鍛造活塞，鍛造連桿，因為為 了兼顧性能.高轉速以及引擎壽命，所以使用 鍛造連桿強度強，結構輕的特性，很適合用在 這些車型上。 結論 現代科技進步神速，許多加工方法越來越多，從以前最一開始 使用的鑄鐵引擎到鋁合金鑄造引擎，到現在的強化鍛造還有碳 纖維，說明了科技的進步，鍛造，讓我覺得真的是一個非常厲 害的加工方法，比鑄造還輕但是強度卻比鑄造還要強，可是換 來的代價就是成本，有好的東西就得付出相對的代價。