曲軸滾壓變形研究和滾壓校直工藝探究

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1、曲軸滾壓變形研究和滾壓校直工藝探究　　摘要：曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件，曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源，也是整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的源動(dòng)力。本文通過(guò)分析曲軸的特點(diǎn)和作用，對(duì)提高曲軸疲勞強(qiáng)度的幾種常見(jiàn)工藝進(jìn)行比較，結(jié)合曲軸圓角液壓的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)其強(qiáng)化與校直工藝進(jìn)行探討。以期通過(guò)本文的闡述為有效提升曲軸的加工工藝及相關(guān)技術(shù)體系完善提供理論參考。關(guān)鍵詞：曲軸；疲勞強(qiáng)度；滾壓強(qiáng)化方法；校直工藝一、曲軸的特點(diǎn)和作用曲軸一般由主軸頸，連桿軸頸、曲柄、平衡塊、前端和后端等組成。一個(gè)主軸頸、一個(gè)連桿軸頸和一個(gè)曲柄組成了一個(gè)曲拐，曲軸的曲拐數(shù)目等于氣缸數(shù)（直列式發(fā)動(dòng)機(jī)）；V型發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一

2、半。主軸頸是曲軸的支承部分，通過(guò)主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。主軸承的數(shù)目不僅與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)目有關(guān)，還取決于曲軸的支承方式。曲軸的支承方式一般有兩種，一種是全支承曲軸，另一種是非全支承曲軸。曲軸的形狀和曲拐相對(duì)位置（即曲拐的布置）取決于氣缸數(shù)、氣缸排列和發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火順序。6曲軸的作用：它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變?yōu)樾D(zhuǎn)的動(dòng)力，傳給底盤(pán)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)和其它輔助裝置，如風(fēng)扇、水泵、發(fā)電機(jī)等。工作時(shí)，曲軸承受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力復(fù)雜，并且承受交變負(fù)荷的沖擊作用。同時(shí)，曲軸又是高速旋轉(zhuǎn)件，因此，要求曲軸具有足夠的剛度和強(qiáng)度，

3、具有良好的承受沖擊載荷的能力，耐磨損且潤(rùn)滑良好。二、提高曲軸疲勞強(qiáng)度常見(jiàn)的工藝曲軸服役工況條件惡劣，其失效形式一般是軸頸磨損和疲勞斷裂。疲勞斷裂往往是破壞性的，涉及安全方面，必須高度重視。提高曲軸疲勞強(qiáng)度常見(jiàn)的強(qiáng)化工藝大致有以下五種：1、氮化曲軸氮化包括氣體軟氮化、離子氮化和鹽浴氮化等。氮化能提高曲軸疲勞強(qiáng)度的20%-60%，適用于各類(lèi)曲軸。2、噴丸曲軸經(jīng)噴丸處理后能提高疲勞強(qiáng)度的20%-40%，但因噴丸時(shí)須保護(hù)軸頸表面，故采用較少。3、圓角與軸頸同時(shí)感應(yīng)淬火該強(qiáng)化方式應(yīng)用于球鐵曲軸時(shí)，能提高疲勞強(qiáng)度的20%，而應(yīng)用于鋼軸時(shí)，則能提高100%以上，故在鋼軸中應(yīng)用比較普遍。

4、4、圓角滾壓6由于國(guó)內(nèi)只有少數(shù)廠家實(shí)現(xiàn)了曲軸圓角滾壓強(qiáng)化工藝，且大多數(shù)采用的相關(guān)工藝設(shè)備是國(guó)外引進(jìn)的，故無(wú)具體數(shù)據(jù)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料：球鐵曲軸經(jīng)圓角滾壓后壽命可提高80%-200%，鋼軸經(jīng)圓角滾壓后壽命可提高70%-150%。5、復(fù)合強(qiáng)化就是應(yīng)用多種強(qiáng)化工藝對(duì)曲軸進(jìn)行強(qiáng)化處理，例如曲軸軸頸氮化加圓角滾壓工藝等。由以上分析可知，圓角滾壓對(duì)提高曲軸疲勞強(qiáng)度有顯著作用。目前汽車(chē)曲軸以及工程機(jī)械用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸越來(lái)越多的采用圓角滾壓強(qiáng)化工藝，國(guó)外轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸幾乎全部采用圓角滾壓工藝。由于圓角滾壓可大幅度提高疲勞強(qiáng)度，因此它成為曲軸“以鐵代鋼”的關(guān)鍵工藝。就目前而言，曲軸圓角滾壓強(qiáng)化工藝

5、已成為提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。三、曲軸圓角滾壓的強(qiáng)化與校直工藝曲軸圓角滾壓屬于表面塑性變形范疇，早在1933年美國(guó)就將滾壓強(qiáng)化方法應(yīng)用在鐵路上。在1938年蘇聯(lián)開(kāi)始對(duì)鐵路車(chē)軸軸頸進(jìn)行滾壓強(qiáng)化試驗(yàn)。到了上個(gè)世紀(jì)50年代發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始研究曲軸表面的強(qiáng)化滾壓技術(shù)，后來(lái)隨著工業(yè)對(duì)曲軸疲勞性能要求越來(lái)越高，為了提高生產(chǎn)效率，開(kāi)始對(duì)滾壓設(shè)備進(jìn)行研究，到上個(gè)世紀(jì)80代發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)明了曲軸強(qiáng)化工藝的全自動(dòng)滾壓，大大提高了曲軸滾壓強(qiáng)化的效率。1、曲軸滾壓強(qiáng)化如圖1箭頭所指即為施加滾壓力的部位，曲軸在進(jìn)行圓角滾壓強(qiáng)化6時(shí)，利用滾壓輪在圖示圓角處施加滾壓力，以使曲軸圓角處在滾壓后產(chǎn)生局部殘余壓應(yīng)

6、力，以達(dá)到提高曲軸抗疲勞強(qiáng)度的能力。1-擺動(dòng)傳感器；2-耀壓鉗；3-加壓油缸；4-壓力傳瘟器圖2曲軸滾壓設(shè)備機(jī)械系統(tǒng)示意圖這一工藝過(guò)程是利用圖2上的滾壓鉗上的滾輪，分別對(duì)曲軸主軸頸和連桿頸處的圓角進(jìn)行滾壓。在滾壓過(guò)程中，由伺服傳動(dòng)系統(tǒng)控制曲軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)角度。同時(shí)由滾壓鉗壓力控制系統(tǒng)控制滾壓過(guò)程的壓力加載曲線(xiàn)，對(duì)每個(gè)主軸頸和連桿頸依次完成整個(gè)滾壓過(guò)程。6在滾壓塑性變形過(guò)程中，有彈性變形與塑性變形同時(shí)存在的現(xiàn)象。金屬塑性加工理論中稱(chēng)為彈塑性共存定律。在實(shí)踐中運(yùn)用這條簡(jiǎn)單而又重要的定律時(shí)，我們是從兩方面來(lái)考慮的：一方面變形過(guò)程是處在工藝系統(tǒng)中，不但不允許發(fā)生任何微小的塑性

7、變形，而且期望彈性變形也最小，方可保證加工過(guò)程的順利進(jìn)行并獲得加工精度最佳的產(chǎn)品。因此，常選用工具斷面尺寸較大的結(jié)構(gòu)增大剛度，而且在選用剛度較好的設(shè)備時(shí)，還要考慮工件裝夾后的剛度，即整個(gè)工藝系統(tǒng)的剛度最佳，以求盡可能縮小因工藝系統(tǒng)的彈性變形而引起的尺寸偏差。另一方面，對(duì)金屬來(lái)說(shuō)，在變形過(guò)程中希望它能產(chǎn)生最大的塑性變形。對(duì)變形后不可避免的彈性變形部分的恢復(fù)，只能依靠摸索變形規(guī)律來(lái)解決。一般是根據(jù)金屬可能產(chǎn)生的彈性變形數(shù)量的已知值，在控制變形過(guò)程時(shí)加大一定的過(guò)剩變形量以抵消它，故要選取適當(dāng)?shù)臐L壓過(guò)盈量。滾壓加工后的金屬表面由于發(fā)生