曲轴圆角滚压工艺
塑性变形 % 滚压速度过慢 " 产 生 效 率 降 低 # 实 际 生 产 中 可选择曲轴转速为 . ! ,%’ , % * 9 <#
此曲轴的真实锻造过程 $ 操 作 要 点 和 以 此 生 产 实 例 为范本的错 移 平 衡 分 析 $ 力 能 计 算 等 " 均 有 著 文 刊 载 % 为确定制坯尺寸 !, $*, 的经 验 公 式 也 已 收 录 到 有 关 的 工具书中 " 读者如愿意认真 研 讨 " 可 以 查 看 以 下 期 刊 和 书籍 " 本文不再重复 # & 热加工工艺 ) "" "’( 0 0 / 年第 # 期 " 第 # -%& ,页# & 机械工人 ) & 热加工 ’ "" #’( 0 0 /年第&期"第" / -页# %"
* & 错移前的制坯尺寸如何确定
和其他 锻 造 基 本 工 序 一 样 " 错 移 变 形 也 是 很 复 杂 的 " 并非如前图所示那样在错 移 面 两 侧 的 坯 料 可 以 完 全 保持刚态 " 它们在外力作用 下 也 要 发 生 拉 缩 $ 展 宽 等 牵 连变形 " 而且这种 变 形 是 多 向 $ 不 均 等 $ 很 难 控 制 的 " 因此必须正确 决 定 错 移 前 的 制 坯 尺 寸 !, $*, " 为 错 移 后留出进行整修的可能 " 从而 实 现 对 锻 件 曲 拐 部 分 外 形 尺寸的最终要求 " 保证不出 废 品 # 而 给 出 的 计 算 公 式 恰 恰回避了这两个最重要的基本参数该怎样求得 # 另外 " 相对于错 移 前 的 坯 料 截 面 积 !,*, 来 讲 " 轴 颈体积 F 是很小的 " 因此根据体积不变原 则 " 按 所 列 公 式计算出的压肩宽度? 也 很 小 " 往 往 不 足 以 容 纳 实 施 压 肩操作的 工 具 本 身 的 宽 度 " 从 而 使 这 种 计 算 没 有 实 际 意义 #
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热加工
" 热 处 理!锻 压!铸 造 !! " " #年 第 $ %期 ! !!!!"# $ % & ’ & ( ) ! $ *"! $ ’
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锻 !! 压
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引起整个变形过程的失控 " 使 错 移 无 法 正 常 进 行 " 也 就 不能确保错移发生在预定的位置上 #
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滚压被加工曲轴的连杆颈的 圆 角 # 调 整 油 缸 供 油 管 路 压 力可调节曲轴圆角滚压压力 " 从 而 可 控 制 曲 轴 圆 角 滚 压 变形量 # 主 轴 颈 的 圆 角 由 固 定 在 支 承 架 上 的 滚 压 头 滚 压 " 并作稳定支撑作用 " 防止 曲 轴 弯 曲 变 形 " 标 准 曲 轴 还起到滚压校正作用 # 通过多次试验 " 我们总结出 以 下 曲 轴 圆 角 滚 压 经 验 数据 * & "’ 滚压次数 ! 滚压次 数 较 少 时 " 达 不 到 应 有 的 塑 性变 形 % 次 数 过 多 时 " 容 易 破 坏 塑 性 变 形 带 # 在 生 产 中 " 以滚压 -%" , 圈为佳 # & #’ 滚压速度 (! 滚 压 速 度 过 快 " 容 易 引 起 较 大 的
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锻 !! 压
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曲轴圆角滚压工艺
扬动股份有限公司 ! ! 江苏 !! " ! 刘秋鹏 ! " " # #
!! 曲轴圆角滚压对曲轴提高疲劳强度有显著作用 " 曲轴 圆角滚压强化工艺已成为提高产品竞争力的重要手段# 常见的曲轴圆角滚压主要有以下三种类型 $ % "& 切线滚压 ! 切线滚压 就 是 在 精 磨 主 轴 颈 和 连 杆 颈时 用 砂 轮 磨 出 与 滚 轮 半 径 大 小 相 同 的 圆 角 % 偏差 见图 " & # 该方法易在轴颈 表 面 ! , **& 进行滚压 % J #, 和侧表面挤出一线凸台 " 需 在 后 续 工 序 中 进 行 磨 削 # 另 外 " 在轴颈感应淬火后进行 滚 压 " 容 易 引 起 很 大 的 弯 曲 变形 " 需进行滚压校直处理 # % #& 半精加工后滚压 ! 半 精 加 工 后 滚 压 就 是 在 曲 轴 精磨成形之前进行滚压强 化 " 这 样 可 避 免 滚 压 起 台 " 但 在后续工序中需将塑性变形 带 磨 去 一 部 分 " 这 就 大 大 削 弱了滚压强化效果 " 故目前很少采用 # % && 圆角沉割滚压 ! 即在 过 渡 圆 角 处 沉 割 出 与 滚 轮 半径大小相 同 的 圆 角 % 偏 差 #, ! , **& 进 行 滚 压 " 见 图" \# 圆角沉割滚压 消 除 了 以 上 两 种 滚 压 方 法 的 缺 陷 " 还可以使应力分散 # 目前国外 发 动 机 曲 轴 几 乎 全 部 采 用 圆角沉割滚压方法 # 能及正常使用 # 半精加工后滚 压 的 精 加 工 会 减 少 滚 压 层 的深度 " 严重影响曲轴的使 用 寿 命 " 导 致 柴 油 机 的 大 修 时间缩短 # 圆角沉割滚压虽然 避 免 了 上 述 两 种 滚 压 方 式 的缺陷 " 但对前道工序要求 较 高 " 必 须 有 专 用 的 精 密 机 床保证才能达到 " 资金投入 较 大 # 为 了 克 服 切 线 滚 压 及 半精加工后滚 压 存 在 的 缺 陷 " 同 时 又 不 增 加 资 金 投 入 " 我公司曲轴的圆角滚压采用 上 ’ 下 滚 压 头 夹 紧 后 进 行 圆 角滚压的方法 % " 曲 轴 滚 压 圆 角 为. 如图 # 所 示& + **" 将两只! " , ** 的 钢 球 嵌 进 纯 铜 衬 内 " 固 定 在 上 滚 压 头 上进行圆角滚压 " 下滚压头 为 嵌 进 两 只 ! " ’ ** 的 滚 柱 " 作为固定支承 #
% & 结语
# " 世纪的第一个 " , 年 很 快 就 要 过 去" 机 器 制 造 业 中的各种成形技术正在迅猛 发 展 " 应 当 着 眼 于 它 们 的 现 代化和精尖化 " 但自由锻造仍 然 是 金 属 塑 性 成 形 学 科 的 母体和基石 " 院校在前瞻的同 时 也 不 该 忘 记 应 使 自 己 培 养的学生保有对其基本工序 的 真 知 " 而 教 师 和 编 著 者 更 应首先求实 $ 严谨 " 做到与时俱进 #
& 机械工人 ) & 热加 工 ’ "" &’( 0 0 /年第.期"第" " #页# %" & 河 北 科 技 大 学 学 报) "" .’ ( 0 0 - 年 第 " 期" 第 # + /页# %# & 简明锻工手册) "" +’ ( 0 0 #年版" 0 0 0年第+次印 刷本 " 第 & " ’%& " /页# & 简明 锻 工 手 册 ) & 第 # 版’ "# ’’( , , .年版第# # 0 & ,页# %#
* & 结语
曲轴经圆角滚压机滚压后 " 大 大 地 提 高 了 曲 轴 的 刚 性 " 曲轴 的 疲 劳 强 度 $ 屈 服 强 度 及 表 面 硬 度 均 显 著 提 高 % 通过调节液压油缸压力 " 我 公 司 曲 轴 滚 压 层 深 度 可 控制在 , ! + ** 左 右 # 通 过 近 几 年 来 市 场 验 证 " 曲 轴 断 裂故 障 率 从 " ! ! " , , ,降至# " ,, , ," 同 时 曲 轴 的 使 用 寿 命也大大延长 #
图 "! 两种滚压类型
轴 " 滚压时与被加工曲轴作 同 步 转 动 " 组 成 强 化 滚 压 与 校正同步的机构 # 靠模轴的连 杆 颈 上 安 装 有 一 个 杠 杆 支 架 " 支架与滚压头固定 " 通过油缸对滚压头铰链施压 "
$ & 采用滚压头夹紧的圆角滚压方法
由于切线滚压会引起曲轴弯 曲 变 形 导 致 曲 轴 的 轴 颈 跳动较大 " 造成轴颈早期非 正 常 磨 损 " 影 响 发 动 机 的 性
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热加工
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图 #! 滚压头
" ! 滚柱 !# ! 钢球 & ! 上滚压头 !. ! 曲轴 !+ ! 下滚压头
! & ห้องสมุดไป่ตู้见问题及解决方法
曲轴滚压后轴颈径向跳动 超 差 是 常 见 问 题 " 为 解 决 此问题我 们 采 用 大 模 数 齿 轮 传 动 来 提 高 机 床 传 动 平 稳 性 ’ 增强 刚 性 # 选 用 一 根 精 度 很 高 的 曲 轴 作 滚 压 靠 模
曲轴圆角滚压的加工工艺
轴 ，采 川 角滚 压 是 最 有 效 的 方 式 。利 用滚 轮的压 力 ，茌 圆 角处形 成 塑性变形 带 ，产 生残余 压应力 ， 与 曲轴运 行中的拉应 力部 分抵消 ，
提 高了 曲轴 的强 度。因此 曲轴 的 圆
槽一 圆角滚压 一精磨 主轴颈 轴颁 一 精 磨连 杆颁 ，这种 工艺路线 有利 ｒ 嘲角滚 压过程 中避免 由于 曲轴承受
的经济 性 ，沉 割槽 圆角 的加 １ ： 足采 川成型 ， Ｊ 车 削而成。
工 曲轴 的 圆角滚压 成品 简图 ，要 求
４ 处 主轴颈 根部 及 １ 处连 杆颈根 部尉 角滚压 。
操 作 步 骤 ： 曲 轴 主 轴 颈 沉பைடு நூலகம் 刊
惜的加 工任 普通 床采 用两顶 一 火 ｎ 勺 装 夹方式 ，来 Ｉ 州定 曲轴 进行轴 定位 来加 ］ 一 ，由十 处十 同 一轴预 Ｉ ｝ Ｉ 心线 ，因此 加工 扛轴颈沉 割惜振 动 小 ，加 工 比较 容 易 ；曲轴 连Ｊ ： ｔ ： 轴 颁 的沉割 槽 加＿ ｒ 果 川两端 为 爪 必紧
工Ｉ 艺及滚 前 圆 角来满 足曲轴 角滚 时 的 ＿ Ｉ
艺要求 。
我 公
研 究所进 行合作 开
轴的【 ５ 】 】 角结构 丰要体 现 曲轴 圆角 半径 的 设计 上。 女 Ｉ １ 图ｌ 所 示 为要 加
加 工时弯 曲变形较 小 ，为 Ｊ 』 儿 １ Ｉ ：
发一种新 ｎ 勺 曲轴 ，通过 对渊 顷、 淬火 、氮化 、 角滚 四种 ／ ｆ 状 态 的 轴进 行 』 Ｊ 『 ｌ 工 ，来进 行 ｌ ｌ ｌ ｛ 轴 的
内 ，采用成 形车刮 车削而成 。
浚 曲轴 结 构 具 体 要 求 圆 角 为
曲轴滚压校直原理
1曲轴滚压校直原理曲轴滚压校直是根据曲轴的滚压变形规律，针对被校直曲轴的具体变形情况，在计算机专家系统指导下对该曲轴的轴颈圆角的某些部位施加适当的压力进行滚压，使其产生与原变形方向相反的变形，以达到校直的目的［1］。
实践证明，滚压校直后的工件基本上克服了变形回复的缺点，而且使被滚压的轴颈圆角部分得到了表面强化处理，提高了工件的疲劳强度和承载能力。
多缸发动机曲轴的轴颈和曲拐较多，弯曲刚度较低，而且在圆周方向上各向异性，加上材料的不均匀性，以及冷热加工中变形和残余应力等综合因素的影响，使得曲轴的弯曲变形十分复杂，其轴线是一条任意的空间曲线。
因而在应用滚压校直这一新技术时，建立科学的校直专家系统来指导滚压加工是问题的关键所在。
专家系统根据被测曲轴的具体情况，通过分析，解决如下问题：在曲轴的哪些轴颈、轴颈的哪个部位施加滚压力；施加滚压力的角度范围，以及在各角度下该施加多大的滚压力；施加滚压力的滚压圈数。
滚压校直后需要对曲轴再进行测量，如果仍然超差，则进行新一轮的滚压校直，直到合格为止。
22）滚压力和滚压圈数的影响。
在确定了需要滚压的轴颈及其角度范围后，还要确定在各滚压区域该施加多大的滚压力。
各主轴颈的径向跳动量与滚压力的大小有关，但两者之间并不成线性关系，而且存在较大的不确定性。
分析产生这一现象的原因，除了材料本身在塑性范围内的受力与变形不成线性比例外，还与工件的残余应力、缺陷、材质不均以及工件的结构尺寸偏差等因素有关。
因此，难以用简单的数学公式对滚压力与曲轴的弯曲变形之间的关系进行精确的表达。
另外，是用较大的滚压力、较少的滚压圈数，还是反之，二者之间为辨证关系。
从提高工效的角度考虑，前者为好；从减少回复变形量出发，后者为佳。
专家系统需要选择一个最优方案。
（3）曲轴结构尺寸的影响。
在其它条件固定的前提下，曲轴结构尺寸对曲轴滚压所产生的弯曲变形的总体影响趋势为：轴颈之间开档宽度越小，圆角尺寸越大，则弯曲变形就越大，并且轴颈开档尺寸对变形的影响大于轴颈圆角半径的影响。
曲轴圆角滚压工艺
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滚压被加工曲轴的连杆颈的 圆 角 # 调 整 油 缸 供 油 管 路 压 力可调节曲轴圆角滚压压力 " 从 而 可 控 制 曲 轴 圆 角 滚 压 变形量 # 主 轴 颈 的 圆 角 由 固 定 在 支 承 架 上 的 滚 压 头 滚 压 " 并作稳定支撑作用 " 防止 曲 轴 弯 曲 变 形 " 标 准 曲 轴 还起到滚压校正作用 # 通过多次试验 " 我们总结出 以 下 曲 轴 圆 角 滚 压 经 验 数据 * & "’ 滚压次数 ! 滚压次 数 较 少 时 " 达 不 到 应 有 的 塑 性变 形 % 次 数 过 多 时 " 容 易 破 坏 塑 性 变 形 带 # 在 生 产 中 " 以滚压 -%" , 圈为佳 # & #’ 滚压速度 (! 滚 压 速 度 过 快 " 容 易 引 起 较 大 的
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曲轴圆角滚压工艺
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!! 曲轴圆角滚压对曲轴提高疲劳强度有显著作用 " 曲轴 圆角滚压强化工艺已成为提高产品竞争力的重要手段# 常见的曲轴圆角滚压主要有以下三种类型 $ % "& 切线滚压 ! 切线滚压 就 是 在 精 磨 主 轴 颈 和 连 杆 颈时 用 砂 轮 磨 出 与 滚 轮 半 径 大 小 相 同 的 圆 角 % 偏差 见图 " & # 该方法易在轴颈 表 面 ! , **& 进行滚压 % J #, 和侧表面挤出一线凸台 " 需 在 后 续 工 序 中 进 行 磨 削 # 另 外 " 在轴颈感应淬火后进行 滚 压 " 容 易 引 起 很 大 的 弯 曲 变形 " 需进行滚压校直处理 # % #& 半精加工后滚压 ! 半 精 加 工 后 滚 压 就 是 在 曲 轴 精磨成形之前进行滚压强 化 " 这 样 可 避 免 滚 压 起 台 " 但 在后续工序中需将塑性变形 带 磨 去 一 部 分 " 这 就 大 大 削 弱了滚压强化效果 " 故目前很少采用 # % && 圆角沉割滚压 ! 即在 过 渡 圆 角 处 沉 割 出 与 滚 轮 半径大小相 同 的 圆 角 % 偏 差 #, ! , **& 进 行 滚 压 " 见 图" \# 圆角沉割滚压 消 除 了 以 上 两 种 滚 压 方 法 的 缺 陷 " 还可以使应力分散 # 目前国外 发 动 机 曲 轴 几 乎 全 部 采 用 圆角沉割滚压方法 # 能及正常使用 # 半精加工后滚 压 的 精 加 工 会 减 少 滚 压 层 的深度 " 严重影响曲轴的使 用 寿 命 " 导 致 柴 油 机 的 大 修 时间缩短 # 圆角沉割滚压虽然 避 免 了 上 述 两 种 滚 压 方 式 的缺陷 " 但对前道工序要求 较 高 " 必 须 有 专 用 的 精 密 机 床保证才能达到 " 资金投入 较 大 # 为 了 克 服 切 线 滚 压 及 半精加工后滚 压 存 在 的 缺 陷 " 同 时 又 不 增 加 资 金 投 入 " 我公司曲轴的圆角滚压采用 上 ’ 下 滚 压 头 夹 紧 后 进 行 圆 角滚压的方法 % " 曲 轴 滚 压 圆 角 为. 如图 # 所 示& + **" 将两只! " , ** 的 钢 球 嵌 进 纯 铜 衬 内 " 固 定 在 上 滚 压 头 上进行圆角滚压 " 下滚压头 为 嵌 进 两 只 ! " ’ ** 的 滚 柱 " 作为固定支承 #
曲轴圆角滚压工艺的介绍1
曲轴圆角滚压工艺的介绍一、深滚压工艺知识背景Deep rollingDuring deep rolling, a deep-rolling roller moves in circumferentialdirection along the groove using contact pressure which causesa partially plastic deformation of the groove.（在深滚压时，深滚压轮在接触压力下在沟槽中沿着圆周方向移动，这会导致在沟槽的局部发生塑性变形）Deep rolling causes in the marginal layer of the groove（在沟槽边缘层的深滚压导致如下结果）−an improvement of surface hardness,（表面硬度改善）−the creation of internal pressure stress and（产生压应力）−an improvement of surface quality（表面质量提高）This increases the fatigue strength of the deep-rolled components.（这些导致深滚压部件的疲劳强度提高）The increase in fatigue strength is caused by the internal pressure stress effect. （内部的压应力导致了疲劳强度的增加）The internal pressure stress（内部压应力）−delay the growth of cracks up to a stop of crack formation（延缓裂纹的生长，直至裂纹矩阵的停止）and−result in higher endurable oscillation amplitudes due to the mean stress displacement.（由于平均应力的抵消导致工件可以承受更高的振幅）During deep rolling in the crankshaft recess, the hydraulic contact pressure of the deep rollers is applied to the entire circumference of the diameter to be processed, and, independent on the actual angle, between preselectable minimum and maximum pressures.（在曲轴沟槽的的深滚压时，深滚压轮的液压接触压力作用到需要处理直径的整个圆周上，可以在不同的角度上预选最大和最小压力）The number of seamings (workpiece rotations for deep rolling) can be preselected.（深滚压的滚压圈数可以预先选择）Advantages of deep rolling crankshaft main and pin bearing fillet radii（曲轴主轴颈和连杆轴颈圆角滚压的好处）1. Maximum improvement of fatigue strength against other technologies.（和其他技术比较具有对疲劳强度最大的改善）2. Improvement of total indicator runout value after deep rolling by roll straightening.（滚压校直改善总的跳动示值）3. Greater round true errors do not influence the fatigue strength generated by deep rolling and roll straightening, but the machining time of the workpieces may differ.（较大的圆度误差不会影响到由滚压校直产生的疲劳强度，但是工价的加工时间可能会不同）4. Economic technology by:经济的工艺−low tool wear（低刀具磨损）−low energy consumption（低能量消耗）−small floor space（小的战地空间）−low noise level（低噪音）−low influence of temperature（小的环境影响）−clean technology without emission of the surrounding influencing ruinous material.（清洁的技术，不会泄漏对环境有破坏性的物质）5. High production safety（高的生产保险）−machine up time > 97 %（开动率大于97％）−reject rate < 0.05 %（剔除率小于0.05％）−quality controlled components 100 %（100％质量监控）−tool monitoring system（刀具监控系统）−rolling force monitoring system which guarantees that only correct deep rolled parts will be transferred to the next operation（滚压力监控系统，确保只有正确的深滚压工件会传送到下一工位）−on request each deep rolled part will be marked by stamping unit （每一个滚压合格的工件会打上标记）6. Cost saving by undercut design of fillet radii in finish grinding operations because bearing widths – except center thrust bearing - will be finished to tolerance by turn broaching or turn - turn broaching in previous operations. Further for finish grinding bearing diameter of crankshafts with T.I.R. < 0,12 mm lower grinding capacity will berequired.（因为轴颈的宽度，除了止推轴颈，会在前面的工序由车拉或车车拉完成，精磨工序就不用磨侧面和圆角，从而节约成本。
曲轴的圆角滚压工艺与疲劳强度
，圆角未经滚压强化时的弯曲疲劳极限
应力 " = $# 4 !/$ ? > 22! ，据此可以估算出上述三种 滚压工艺方案的强化效果 ! " 分别为： 切线滚压 ! "$ 4 （ /1$ = !/$） > !/$’$!,0 半精磨滚压 ! "! 4 （ %!# = !/$） > !/$’$"10 沉割滚压 ! "’ 4 （ 1$’ = !/$） > !/$’$,"0 即沉割滚压的强化效果优于切线滚压和半精磨滚 ・!"・
效果显著等优点。 以球铁曲轴为例 E $ F ， 圆角滚压可使 远高于目前现有的 其弯曲疲劳极限提高 G#H 以上， 其他强化方式，因而使它在汽车发动机曲轴中的应 用日益广泛。据统计，国外圆角滚压的发动机曲轴 在整个曲轴中所占的比例已从 I# 年代的 J#H 提高 到现在的 G#H 左右， 而轿车发动机曲轴则基本上都 是采用圆角滚压工艺进行强化。因此，曲轴圆角滚 压技术已成为发展汽车工业，尤其是轿车工业必不 可少的关键技术之一。 本文介绍某发动机球铁曲轴滚压工艺试验中， 不同的滚压工艺方案对曲轴弯曲疲劳强度的影 响。
《 汽车科技》!##$ 年第 % 期 "& $& $ 沉割的影响 曲轴的轴颈沉割后， 由于沉割槽的半径（ 本试验 中为 !& / 22） 要小于原轴颈圆角半径 （ 本试验中为 ，且沉割槽有一定的深度 （ 一般为 ’& # ; ’& / 22） ） 使轴颈直径和曲拐的重迭度减小。 #& ! ; #& ’ 22 ， 因此， 沉割后曲轴的结构强度将下降， 这一点从沉割 与未沉割两种试件的圆角应变数据可以清楚地反映 出来。在这里采用了单位弯矩在试件连杆轴颈圆角 最大应力点处所产生的应变平均值 !# 来表征曲轴 的结构强度， 不难理解， 曲轴的结构强 !# 的值越大， 度就越低。 试验测得轴颈未沉割和沉割试件的 !# 值分别 据此可以 为 $& %," < $# = % > ?2 和 !& $/! < $# = % > ?2， 算出沉割后轴颈圆角应变 （ 应力） 上升了约 !,0 ， 即 沉割使曲轴的弯曲结构强度下降了约 !,0 ， 但这种 下降却从圆角滚压中得到了补偿。由前述疲劳试验 结果可知，切线滚压试件连杆轴颈圆角的弯曲疲劳 极限应力为 /1’ ? > 22! ， 沉割后则为 1$’ ? > 22! ， 即 沉割滚压后圆角处材料的承载能力较非沉割滚压高 约 !"0 。产生这一现象的原因， 是由于沉割后轴颈 圆角半径减小， 有利于形成滚压残余压应力集中， 使 所产生的残余压应力高于非沉割滚压，从而有效地 补偿了沉割引起的结构强度下降。 "& $& ! 磨削的影响 对于半精磨后滚压的工艺， 一般认为， 由于其后 的精磨中磨掉了部分滚压强化层，将会对其疲劳强 度产生不利影响。 但本次试验得出， 半精磨后滚压试 件的疲劳极限略高于切线滚压和沉割滚压。这一结 果表明， 只要适当调整滚压工艺参数， 并将精磨余量 和曲轴的弯曲变形控制在一合适的范围，则由于滚 压所产生的强化层较深 （ 一般可达 ! 22 以上） ，精 磨将不会明显降低零件的疲劳强度。 综上所述， 从曲轴的弯曲疲劳强度角度看， 切线 滚压、半精磨后滚压和沉割滚压这三种工艺方案都 是可行的。 "& ! 强化效果评估 为在评估中排除结构因素的影响，这里采用了 轴颈圆角弯曲疲劳极限应力作为估算依据。已有的 试验得出
曲轴圆角滚压强化方式的基本原理
曲轴圆角滚压强化方式的基本原理
曲轴的圆角部位具有特殊性，所以很容易产生疲劳破坏，所以除了对圆角进行淬火外，我们还要采取另外一种强化方式－圆角滚压。
曲轴在发动机工作的过程中，会受到弯曲、扭转、拉压等交变应力的作用。
曲轴的圆角过渡处在曲轴中是相当薄弱的部位，尤其是连杆轴颈和主轴颈的过渡处，在生产过程中经过磨削加工后留下的刀痕处是最脆弱的地方，因此，我们要通过圆角滚压来增强圆角的强度。
图4.3.1-1曲轴圆角区域的显微硬度
曲轴的圆角滚压强化方法就是指在滚轮的压力作用下，在曲轴的连杆轴颈和主轴颈的过渡圆角处，形成一条滚压塑形变形带来达到强化圆角的效果的一种强化方式。
圆角滚压强化方法是提高曲轴的疲劳强度最行之有效的手段之一，它是实现曲轴生产过程中“以铁代钢”的关键工艺环节。
据统计资料显示，球墨铸铁曲轴材料的曲轴经过圆角滚压处理后，它的寿命可以提高百分之八十到百分之二百，钢制材料的曲轴经过圆角滚压处理后，它的寿命可以提高百分之七十到百分之一百五十。
由于圆角滚压强化工艺对生产技术要求较高，因此国内能实现曲轴圆角滚压工艺的厂家不多，而且采用的相关生产设备基本上都是从国外引进的，针对这一现象，我们进行了多项试验，以期设计出适合朝柴曲轴生产的方法。
单缸柴油机曲轴圆角滚压工艺浅析
力高 出数倍 的集 中应力 峰值 的结果。１ 因而， 【
设计 师们 考虑 改变 结构设 计 、修改设 计参 数 、疏 导应 力 位 向 、削 弱 应 力 峰 值 以提 高 曲轴 疲 劳 寿 命 。工艺 师们 在工 艺上 采取措 施 ，在材质 上合 金 化铸 铁提 高牌 号 、改变材 质 以锻钢代 球铁 ，在 表
有 关 统 计 资 料 显 示 ， 曲 轴 的 断 轴 率 为 ０ ． ５ ．Ｏ ，这是 因曲轴 的结构 及其所 受 的载 荷 ， ．２ ％ 使其 应力 分布 极不 平衡 ，在 主轴颈 、连杆 与 曲拐 相连 接 的过渡 圆角 处产 生 比曲拐 同截 面 的名义 应
曲轴 过 渡 圆 角 处 的 最 大 弯 曲 应 力 占 ８％ ， ０ 扭转应 力 仅 占 ２ ％ 。 曲轴 扭 转 疲 劳 断裂 在 使 用 ０ 中 时有发 生 ，但 较 弯 曲疲 劳断 裂要低 得多 。从 多 年 的生 产 实 践 ，大 量 的 曲 轴 断 裂 是 弯 曲疲 劳 断 裂 。 曲轴 过渡 圆角 处是 曲轴弯 曲疲 劳断裂 源 。曲 轴 断裂 的特征 ，一是 沿轴 颈与 曲轴 圆角过 渡 区呈 ４。 ５ ，二 是 断 口呈典 型 的高周 疲劳 断 口。
三、 曲轴的强化工艺
通 常 ，曲轴 表 面 强 化 的 方 法 是 圆 角 淬 火 强 化 、氮 化 强 化 、喷 丸 强 化 和 圆角 滚 压 强 化 等 方
图 １ 圆角过 渡区应力集 中
法。
东－ ７ ５曲轴 的 最 大 爆 发 压 力 Ｐ ｚ＝８ｏ ０ ｏｏ Ｎ （ ９ Ｓ＝ 、Ｒ＝ ） 曲轴 圆角 处 的最 高应力 峰 值也 只 ６ 有 ２６ Ｍ ａ ４ ．５ Ｐ ，而 曲轴 材 料 ４ ５号 钢 调 质 状 态 极 限强度 （ｂ ，一 般 超 过 ８０ＭＰ ，材 料 提 供 的 ８） ０ ａ 储 备强 度超 出 曲轴 服 役 所 需 要 的 强 度 ３— ４倍 ，
曲轴圆角滚压加工的方法和作用
曲轴圆角滚压加工的方法和作用曲轴的强化，常用的有圆角滚压、喷丸、圆角淬火、氮化等，而圆角滚压工艺具有以下的优点：提升疲惫强度的幅度为30%-200%;加工成本低，可使用强度较低的材料;加工时间短(<3分钟/根);工艺简单;设备价格低。
该工艺已在国外广泛应用于汽车内燃机曲轴的制造，尤其在中小功率内燃机及轿车发动机曲轴上使用更加普遍。
典型切线滚压沉割圆角加工时滚轮与曲轴的位置关系，滚轮和曲轴分别绕自身轴线旋转并在圆角处对滚曲轴滚压显著提高曲轴疲劳强度的机理在于：①滚压后形成沿一定层深分布的残余压缩预应力，曲轴滚压强化本质上属于一种预应力强化手段，滚轮在滚压力的作用下，使金属表层产生塑性变形，并产生长久的残余压应力，这种残余压应力可以抵消部分在交变弯曲力矩作用下的拉应力和冲击力，部分或全部消除拉应力，使疲劳强度大幅度提高，一般认为残余压缩预应力是曲轴强度提高的主要原因;·②表层形貌的改变和表层材料的硬化，由于滚轮以较大的滚压力作用在曲轴圆角表面，使表面微观不平度减小，降低圆角粗糙度，减小金属表面的应力集中，使裂纹萌生时的疲劳寿命大大地增加，从而达到提高零件疲劳强度的目的。
另外，滚压后表面微观组织结构发生了变化，如组织硬化、位错密度提高等，从而提高了防疲劳裂纹扩展的能力，使其扩展速率下降。
特别是对于球铁曲轴，由于磨削后在轴颈表面形成铁素体毛刺，这些毛刺用其他加工方法很难完全消除，使轴瓦磨损加大。
而滚压时支撑轮辗过轴颈表面，将毛刺压入轴颈表面，有利于提高轴瓦的寿命，这是球墨铸铁曲轴尤其适合滚压强化的主要原因。
上述分析表明，曲轴滚压强化效果的改善需要从两个方面考虑，即合理控制滚压载荷以获得数值大小适中、分布合理的滚压残余压应力;合理设计并选择滚压运动及结构参数以改善被滚压表面的形貌、消除微观裂纹。
2怎样更好的运用曲轴连杆轴机体、曲轴连杆机构是发动机的主要部分，是发动机产生动力和输出动力的机构，可使活塞的直线往复运动转变为旋转运动。
曲轴滚压圆角
曲轴圆角滚压强化工艺介绍曲轴圆角滚压强化工艺是提高曲轴疲劳强度最有效的手段之一，是实现曲轴“以铁代钢”的关键工艺。
经圆角滚压后的曲轴产品，由于内部应力的重新分布，必然存在较大的物理变形，工艺过程参数如不加以优化，很容易造成批量的不合格品。
解决形变问题是发挥曲轴圆角滚压工艺优势的门槛。
曲轴是发动机中的主要零件之一，在发动机五大件中是最难保证加工质量的零件。
曲轴服役工况条件恶劣，其失效形式一般是轴颈磨损和疲劳断裂。
疲劳断裂往往是破坏性的，涉及安全方面，必须高度重视。
提高曲轴疲劳强度常见的强化工艺大致有以下五种：1．氮化：曲轴氮化包括气体软氮化、离子氮化和盐浴氮化等。
氮化能提高曲轴疲劳强度的20％－60％，适用于各类曲轴。
2．喷丸：曲轴经喷丸处理后能提高疲劳强度的20％－40％，但因喷丸时须保护轴颈表面，故采用较少。
3．圆角与轴颈同时感应淬火：该强化方式应用于球铁曲轴时，能提高疲劳强度的20％，而应用于钢轴时，则能提高100％以上，故在钢轴中应用比较普遍。
4．圆角滚压：由于国内只有少数厂家实现了曲轴圆角滚压强化工艺，且大多数采用的相关工艺设备是国外引进的，故无具体数据。
根据统计资料：球铁曲轴经圆角滚压后寿命可提高80％－200％，钢轴经圆角滚压后寿命可提高70％－150％。
5．复合强化：就是应用多种强化工艺对曲轴进行强化处理，例如曲轴轴颈氮化加圆角滚压工艺等。
由以上可知，圆角滚压对提高曲轴疲劳强度有显著作用。
目前汽车曲轴以及工程机械用发动机曲轴越来越多的采用圆角滚压强化工艺，国外轿车发动机曲轴几乎全部采用圆角滚压工艺。
由于圆角滚压可大幅度提高疲劳强度，因此它成为曲轴“以铁代钢”的关键工艺。
就目前而言，曲轴圆角滚压强化工艺已成为提高产品竞争力的重要手段。
曲轴圆角滚压强化机理1．曲轴疲劳断裂的原因曲轴在发动机中工作时承受很大的弯曲应力和扭转应力。
如图1所示，曲拐顶部受压力P时，曲拐两内侧圆角过渡处表现为拉应力，主轴圆角过渡处则为压应力；另外，曲轴还承受惯性力矩、输出扭矩、扭振力矩，受力情况十分复杂。
曲轴加工工艺
（2） 造型
气流冲击造型工艺明显优于粘土砂型工艺，可获得高精度的曲轴铸件，该工艺制作的砂型具有无反弹变形量等特点，这对于多拐曲轴尤为重要。目前，国内已有一些曲轴生产厂家从德国、意大利、西班牙等国引进气流冲击造型工艺，不过，引进整条生产线的只有极少数厂家，如文登天润曲轴有限公司引进了德国KW铸造生产线。
（1） 熔炼
高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球墨铸铁的关键。国内主要是以冲天炉为主的生产设备，铁水未进行预脱硫处理；其次是高纯生铁少、焦炭质量差。目前已采用双联外加预脱硫的熔炼方法，采用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成分。目前，在国内铁水成分的检测已普遍采用真空直读光谱仪来进行。
曲轴制造技术/工艺的进展
1、球墨铸铁曲轴毛坯铸造技术
球墨铸铁曲轴的生产继QT800-2、QT900-2等几种牌号后，广西玉柴等经过攻关已能稳定生产QT800-6牌号的曲轴，为曲轴“以铁代钢”奠定了基础。
（1） 熔炼
高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球墨铸铁的关键。国内主要是以冲天炉为主的生产设备，铁水未进行预脱硫处理；其次是高纯生铁少、焦炭质量差。目前已采用双联外加预脱硫的熔炼方法，采用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成分。目前，在国内铁水成分的检测已普遍采用真空直读光谱仪来进行。
国外的曲轴砂带抛光机可同时抛光主轴颈、连杆轴颈、圆角、轴肩及止推面。其结构均采用对夹式，每个轴颈上用4片垫块（中凹型）压紧砂带；垫块和砂带宜根据工件材质和硬度选择；机床上的卷带机能保证每个轴颈都有一段新砂带（长度可调）参加工作；抛光的方式以超精加工的原理进行。其效率和效果都远远优于油石。
对于球铁曲轴的抛光与磨削，由于球铁内的铁素体磨削后会形成突起毛刺，所以应使轴的磨削转向与工作转向相反，抛光转向与工作转向相同。这样才能在抛光中有效地去除毛刺，避免工作时刮伤轴瓦。(end)本类相关文章