氮化+圓角滾壓復(fù)合強(qiáng)化球墨鑄鐵曲軸的運(yùn)用

廣西玉柴機(jī)器配件制造有限公司 廣西 玉林 537000

改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)、變更材質(zhì)和采取強(qiáng)化措施等是曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展過程，但是以上措施在應(yīng)用期間還存在許多不足，如改變結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法會(huì)受到原設(shè)計(jì)內(nèi)容的影響，變更材質(zhì)的方法能夠提升的疲勞強(qiáng)度相對(duì)較小，只有根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況采取針對(duì)性的強(qiáng)化措施才能保證強(qiáng)化效果。單一的強(qiáng)化措施已經(jīng)不能滿足曲軸的生產(chǎn)需要，要加強(qiáng)對(duì)氮化+圓角滾壓復(fù)合強(qiáng)化措施的研究與應(yīng)用，保證相關(guān)工藝技術(shù)應(yīng)用的有效性，提高生產(chǎn)效益。

1 氮化+圓角滾壓復(fù)合強(qiáng)化球墨鑄鐵曲軸的應(yīng)用研究

圓角噴丸、圓角淬火、圓角滾壓和氮化是比較常用曲軸疲勞強(qiáng)度強(qiáng)化措施，每種強(qiáng)化措施都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，而且一般都是單獨(dú)應(yīng)用。現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)在快速發(fā)展的過程中，曲軸生產(chǎn)工藝要求也有所提升，單一的強(qiáng)化措施已經(jīng)無法滿足柴油機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，可以將兩種措施相結(jié)合根據(jù)工藝要求進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化，以下主要對(duì)氮化+圓角滾壓復(fù)合強(qiáng)化球墨鑄鐵曲軸進(jìn)行了探究。

1.1 工序安排 氮化+圓角滾壓復(fù)合強(qiáng)化措施在應(yīng)用的過程中主要就是按照先氮化后滾壓的方式進(jìn)行強(qiáng)化，由于氮化的溫度比較高，如果先進(jìn)行滾壓操作再進(jìn)行氮化就會(huì)對(duì)前期的滾壓效果產(chǎn)生影響。滾壓過程中也會(huì)受到多方面因素的影響需要進(jìn)行全面考慮。

1.2 復(fù)合強(qiáng)化試驗(yàn)研究 氮化+圓角滾壓復(fù)合強(qiáng)化在實(shí)際應(yīng)用的過程中其主要的應(yīng)用原理就是先通過氮化的方法來提高曲軸的表面強(qiáng)度，而后再進(jìn)行圓角滾壓操作來進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)性能，強(qiáng)化表面壓力值，兩種方法相結(jié)合整體的強(qiáng)化程度也有所提升。復(fù)合強(qiáng)化效果與兩種方法的作用結(jié)果以后有著密切關(guān)系，必須保證兩種強(qiáng)化方法應(yīng)用期間各項(xiàng)參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性才能保證兩種方法的匹配度。

以某工廠為例，在生產(chǎn)期間主要通過QT800-3球鐵軸的復(fù)合強(qiáng)化來提高抗疲勞強(qiáng)度以此取42Cr Mo材料，就是用球墨鑄鐵曲軸替代鋼軸，從而降低生產(chǎn)期間的資金投入。

要想促進(jìn)以上目標(biāo)達(dá)成，在實(shí)際進(jìn)行強(qiáng)化的過程中首先要盡量保持原有的設(shè)計(jì)要求與工藝，按照原來鐵球耐磨性要求和生產(chǎn)成本進(jìn)行強(qiáng)化操作，在此基礎(chǔ)上對(duì)圓角滾壓的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化與完善。滾壓效果與圓角產(chǎn)生的作用力和滾壓厚度有著密切關(guān)系。如果曲軸材料的整體強(qiáng)度和變形情況得到了有效控制，那么就會(huì)通過控制滾壓壓強(qiáng)、方向和次數(shù)等工藝方法來提高強(qiáng)化效果。而滾壓強(qiáng)度則與壓力大小、次數(shù)多少有關(guān)，要縮小滾輪半徑，增加滾輪壓力和增加滾輪次數(shù)來強(qiáng)化整體效果。但是如果壓力過大、次數(shù)過多也會(huì)導(dǎo)致曲軸出現(xiàn)變形情況，無法保證生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)也會(huì)造成浪費(fèi)。這就需要通過不斷研究與試驗(yàn)來確定強(qiáng)化過程中的各項(xiàng)工藝參數(shù)。

通過不斷試驗(yàn)后確定了一組參數(shù)，可以對(duì)各項(xiàng)誤差進(jìn)行有效控制，降低廢品率比，使其強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。在實(shí)際操作的過程中由于受到多方面因素的影響軸頸上會(huì)出現(xiàn)細(xì)小波痕，在裝機(jī)使用過程中就會(huì)出現(xiàn)軸瓦邊緣負(fù)荷問題。要想對(duì)這一問題進(jìn)行有效控制，則需要通過調(diào)滾壓結(jié)構(gòu)及參數(shù)的方法來防止以上問題的產(chǎn)生，可以縮小滾輪半徑和壓槽寬度，也可以對(duì)主軸頸沉割槽和連桿軸頸的磨削工藝進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，將滾壓過程中產(chǎn)生的微小波痕移出軸瓦配合面，消除負(fù)荷問題。在這種狀態(tài)下對(duì)曲軸完全疲勞試驗(yàn)可以了解到，整體強(qiáng)度也有所提升，曲軸的中值完全疲勞極限彎矩也有所提高，而且超出了42Cr Mo氮化軸的各項(xiàng)數(shù)值，而且這種復(fù)合強(qiáng)化措施的應(yīng)用可以對(duì)曲軸的離散性進(jìn)行有效控制，整體的安全系數(shù)比較高，可以滿足柴油機(jī)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)需要。

2 氮化+圓角滾壓復(fù)合強(qiáng)化應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

氮化+圓角滾壓復(fù)合強(qiáng)化措施在應(yīng)用之后一般會(huì)采用臺(tái)架彎曲疲勞試驗(yàn)的方法對(duì)整體的強(qiáng)化效果進(jìn)行檢驗(yàn)，這種試驗(yàn)方法可以將曲軸的真實(shí)強(qiáng)度反映出來，但是整個(gè)檢驗(yàn)流程需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，而且投入的成本也比較高。采用快速疲勞檢驗(yàn)方法也需要較長(zhǎng)的時(shí)間，所以，需要對(duì)強(qiáng)度檢驗(yàn)方法進(jìn)行進(jìn)一步研究。

在進(jìn)行圓角滾壓之前還需要對(duì)圓角和沉割槽進(jìn)行加工處理，要控制圓角的各項(xiàng)參數(shù)使其與滾輪半徑相適應(yīng)，在實(shí)際操作過程中必須要進(jìn)行嚴(yán)格控制。在滾壓完成后還需要對(duì)質(zhì)量進(jìn)行細(xì)致檢查，如果發(fā)現(xiàn)不合格的產(chǎn)品要及時(shí)處理。

要做好滾壓校直工作，確保校直參數(shù)的合理性，在這一過程重要考慮整體的經(jīng)濟(jì)性和曲軸質(zhì)量的可靠性。需要通過大量試驗(yàn)要選擇最優(yōu)的參數(shù)，并在強(qiáng)化的過程中嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作。可以使用現(xiàn)代化的技術(shù)設(shè)備對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，以防出現(xiàn)大幅度跳動(dòng)的問題。

在確定圓角滾壓的各項(xiàng)參數(shù)之后要保證壓力和次數(shù)的合理性，可以采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法對(duì)滾壓參數(shù)進(jìn)行預(yù)警和控制，確保在超過最大限度之前能夠及時(shí)預(yù)警從而進(jìn)行合理控制，以此來提升滾壓效果。

在進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化的過程中必須要在曲軸的基礎(chǔ)強(qiáng)度上進(jìn)行相關(guān)操作，以此為基礎(chǔ)上來提高曲軸的抗疲勞強(qiáng)度和整體的可靠性。要對(duì)導(dǎo)致強(qiáng)化失效的原因進(jìn)行針對(duì)性控制，為強(qiáng)化效果提供保障。

要想促進(jìn)氮化工藝與滾壓措施的充分結(jié)合，還需要清楚二者的相互作用效果，在應(yīng)用期間對(duì)各項(xiàng)工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，保證兩種強(qiáng)化措施的匹配度。

結(jié)語

通過不斷的研究與試驗(yàn)，氮化+圓角滾壓復(fù)合強(qiáng)化球墨鑄鐵曲軸在柴油機(jī)結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用，強(qiáng)化工藝也逐步推廣到不同的機(jī)型中。用球鐵曲軸替代鋼軸不但可以提高整的強(qiáng)化效果，而且也減少了成本上的投入，整體的經(jīng)濟(jì)效益得到了提升。但是這種強(qiáng)化措施在應(yīng)用期間需要注意的問題也比較多，在實(shí)際運(yùn)用過程中要嚴(yán)格按照工藝流程進(jìn)行操作，并做好各工序的質(zhì)量控制工作，保證氮化+圓角滾壓復(fù)合強(qiáng)化措施的應(yīng)用效果。