曲轴的受力情况分析及主要强化方式

滚压强化概述0前言表面强化技术是近年来国内外广泛研究应用的工艺之一，其方法主要有喷丸、滚压和孔挤压等工艺。

金属材料的破坏往往从表面开始，零件(如内燃机曲轴，汽车的板簧等)工作时承受长期的循环载荷，零件的表面就会产生疲劳裂纹，时间一长裂纹就不断扩展，最终导致零件的疲劳失效。

因此，人们就希望采取措施以提高零件的表面性能，表面滚压强化技术就是其中的一种方法。

该方法是通过机械手段对金属表面加压，使金属表面产生加工硬化以提高零件的性能、质量和使用寿命。

表面滚压强化技术具有很多优点：滚压强化只是改变了材料的物理状态，并未改变材料的化学成分；表面滚压采用的工具和工艺比较简单，加工效率高；滚压强化是一种无切削加工工艺，在加工过程中不会产生废屑、废液，对环境的污染少，符合“绿色制造”的发展理念。

该技术在工业中得到了广泛的应用，产生了巨大的经济效益。

1滚压强化的发展状况滚压强化技术是1929年由德国人提出的，1933年在美国铁路上开始应用滚压方法，1938年前苏联应用于机车车轴轴颈。

1950年美国、前苏联在军用、民用飞机上大量应用孔挤压技术，如提高干涉配合铆接、干涉配合螺接；1970年国内航空部门开始将冷挤压工艺应用到飞机制造及维修中。

我国是在60年代开始广泛深入的研究滚压加工方法的，并在70年代提出了冲击滚压技术，随后又出现了超声波滚压技术。

近年来，表面滚压技术的发展越来越快，应用范围越来越广，其社会和经济效益也日益显著]1[。

2 滚压强化的作用机理（1）微观组织机理：经过切削加工之后，金属的表面都残留有刀具的切削痕迹，在微观下观察可以看见金属的表面呈现出凹凸不平之状。

滚压加工是一种压力光整加工，在滚刀的作用下金属表面会发生强烈的塑性变形。

根据工程材料的相关理论，金属发生塑性变形的基本方式是滑移，即晶体沿某一晶面和晶向相对于另一部分发生相对滑移。

在外力的作用下，晶体不断的滑移，晶粒在变形过程中逐步由软取向转动到硬取向，晶粒之间互相约束，阻碍晶粒的变形。

曲轴滚压力与疲劳强度分析作者：文/ 黄中顺蒲鹰邓玉婷来源：《时代汽车》 2020年第13期黄中顺蒲鹰邓玉婷桂林福达曲轴有限公司广西桂林市 541199摘要：曲轴是发动机的核心零部件，在发动机工作过程中它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。

曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。

因此要求曲轴有足够的强度和刚度，随着国内市场对小排量、增压发动机性能的要求不断提高，曲轴结构在轻量化的同时也要求具有较高的疲劳强度，而对强度影响最大的就是曲轴的强化方式及参数，因此，研究曲轴的滚压力与疲劳强度的关系是每个新型号曲轴开发过程中必不可少的一项工作。

关键词：曲轴滚压力疲劳强度Analysis of the Crankshaft Rolling Pressure and Fatigue StrengthHuang Zhongshun，Pu Ying，Deng YutingAbstract：The crankshaft is the core component of the engine. During the operation of the engine, it bears the force transmitted by the connecting rod and converts it into torque to output through the crankshaft and drive otheraccessories on the engine to work. The crankshaft is subjected to the centrifugal force of the rotating mass, the periodically changing gas inertia force and the reciprocating inertia force, so that the crank bearing is subjected to the bending and torsional load. Therefore, the crankshaft is required to have sufficient strength and rigidity. With the continuous improvement of the domestic market's requirements for small displacement and supercharged engine performance, the crankshaft structure is required to have high fatigue strength while being lightweight, which has the greatest impact on strength. It is the strengthening method and parameters of the crankshaft. Therefore, studying the relationship between the rolling pressure and fatigue strength of the crankshaft is an indispensable task in the development of each new type of crankshaft.Key words：crankshaft, rolling pressure, fatigue strength本文通过对我公司目前加工的一款小排量发动机曲轴采用不同滚压力进行试验，以验证滚压力对曲轴疲劳强度的影响，该款曲轴排量为1.0T，材料为球墨铸铁QT700-2。

曲轴的工作条件和要求
曲轴是内燃机中的重要部件，主要用于转换活塞的往复运动为旋转运动，并通过连杆将动力传输到其他部件。

曲轴的工作条件和要求如下：
1. 强度要求：曲轴需要承受高压力和高转速的工作环境，因此需要具备足够的强度和硬度，以保证不会出现变形、断裂等现象。

2. 刚度要求：曲轴在工作过程中会受到很大的惯性力和振动力的作用，因此需要具备足够的刚度，以减小振动和避免共振现象的发生。

3. 平衡要求：由于曲轴在工作时会出现不平衡力矩，因此需要进行动平衡处理，以减小振动和噪音。

4. 表面质量要求：曲轴的表面需要具备一定的光洁度和平滑度，以减小摩擦损失和磨损，提高工作效率。

5. 耐磨性要求：曲轴经常处于高速旋转状态，容易与其他部件产生接触，因此需要具备良好的耐磨性，以延长使用寿命。

6. 工作温度要求：曲轴在工作过程中会受到高温环境的影响，因此需要具备良好的高温抗性和热稳定性。

总结来说，曲轴的工作条件和要求包括强度、刚度、平衡、表
面质量、耐磨性和工作温度等方面，以保证其正常运转和延长使用寿命。

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。

大功率曲轴跳动超差的原因剖析及其解决措施生产瑛场±产搬l而.大功率曲轴跳动超差的原因剖析及其解决措施通过对影响曲轴变形的原因进行分析,找到了曲轴磨削后变形的主要因素,对这些因素进行详细地分析与试验对比验证,得出了控制曲轴变形原因的根本方法,进而解决了曲轴磨削跳动超差问题.1前言随着载货车向中,重型吨位发展,发动机也朝着柴油化,大功率的方向发展,曲轴需要具备更高的强度,刚度,因此曲轴的品种越来越大型化,重型化.从工艺上来说,大型曲轴一般都采用钢件圆角淬火的方式实现曲轴的强化,随着曲轴长度的增加,淬火后曲轴变形与磨削后曲轴变形越来越难控制,大功率曲轴的变形一直是曲轴加工质量控制的一个难点.曲轴零件结构复杂,生产批量大(在中,小批量生产中需进行多品种轮翻生产),精度要求高(连注:共生产10炉次,每炉次装980件.目前,已连续生产480000件,保证了齿轴渗碳淬火,回火和校直后齿形,齿向畸变的一次交检合格率,取得了良好的经济效益和社会效益.■东风汽车有限公司商用车发动机厂汤宪福杆轴颈的尺寸精度IT6～IT7,圆度≤0.005mm,表面粗糙度O.2mm～O.4mm).目前,曲轴的终/]nz仍普遍采用磨削工艺,为满足曲轴日益提高的加工要求,对曲轴磨床提出了很高的要求,现代曲轴磨床除了要有很高的静态,动态刚度和很高的N-r-精度外,还要求有很高的磨削效率和更多的柔性.基于此,目前连杆轴颈磨床的磨削工艺已越来越多地使用跟踪磨削工艺,决定了目前的磨削工艺只能是先磨全部的主轴轴颈再磨全部的连杆轴颈,这也在无形中增加曲轴变形的控制难度.由于曲轴在装配过程中,与轴瓦间的配合有较高要齿项不接触工装装炉圈5改进后装炉方式圈2010年第7期汽车工艺与材料AT&M129.生导琐场求,故对主轴轴颈跳动要求较高,对六缸大功率发动机而言,特别要控制3,4,5主轴轴颈跳动,以免在发动机运行时发生曲轴的"抱瓦"或"拉瓦"等质量事故.我厂采用的加工工艺为主轴轴颈及连杆轴颈圆角淬火一低温回火一修整中心孔一磨全部的主轴轴颈一磨全部的连杆轴颈,且在加工过程中不允许对曲轴进行校直.在我厂某一大功率曲轴的生产调试过程中,磨削后出现第3,4,5主轴轴颈跳动超差,实际情况第3,5t轴轴颈跳动平均值为0.082mm,最大为0.13mm,偏于公差上限,第4主轴轴颈跳动平均值为0.1mm,最大为0.14mm,通过统计废品率达到了10%～35%,跳动超差直接导致曲轴报废,因此解决曲轴磨削工序变形超差的质量问题势在必行.2大功率曲轴磨削跳动超差的原因分析2.1当瞬时应力大于材料的弹性极限时,产生了曲轴的不均匀塑性变形曲轴在磨削时除了所受的磨削力外,还存在淬火时工件内部产生的残余应力,虽然经过回火工序,该残余应力得到释放,但不可能完全释放.还有在磨削时因偏磨产生的组织应力.当存在磨削烧伤时,因组织转变而形成组织应力.在磨削主轴轴颈和连杆轴颈时,因有中心架抵消磨削力,因此曲轴所受的瞬时力大于材料弹性极限的可能性很小,曲轴在磨NH,1-所受的磨削力是不可能消除的,所以这种情况并不是产生曲轴变形的主要原因.通过多次调整磨削参数,磨削方式及磨削顺序,都无法从根本上解决磨削后曲轴的变形超差问题,这样间接证明了磨削工序并不是曲轴变形的主要原因. 2_2磨削过程中释放的残余应力导致曲轴变形曲轴内部的残余应力,主要是在淬火过程中因热胀冷缩的体积变化,以及因相变时新旧两相比容差异而发生的体积变化形成的.该残余应力的大小决定了曲轴淬火变形的大小:该残余应力经过回火后部分得到释放,但不可能完全释放.因此,在磨削时剩余残余应力释放导致曲轴变形.2.3轴颈内外两侧受力不均.导致曲轴变形淬火后曲轴表面存在很大的压应力,该压应力从表面向内部递减,磨削时如果偏磨,将造成曲轴表面压应力的变化,在相对方向不均衡的情况下,导致曲轴变形.为了验证残余应力及偏磨对曲轴变形的影响,做了如下试验.(1)在前期加工的曲轴中挑取淬火后第4主轴轴颈跳动在O9～10mm之间的曲轴3根,这3根曲轴淬火前全部是合格曲轴,对这3根曲轴的相位进行测量,测量结果见表1.相位全部因淬火变形而发生变化,该3根曲轴中心孔修正后,第4主轴轴颈跳动在0.6～0.8mm之间;磨削后第3,4,55轴轴颈跳动全部超差,第4主轴轴颈跳动全部为0.16mm,第3,5主轴轴颈跳动为O.13～0.15mm.由此可见,淬火变形导致连杆轴颈相位变化,后续磨削时产生偏磨, 曲轴跳动超差:淬火后内应力过大,导致后续磨削时内应力释放,曲轴跳动超差.(2)加工3根内铣相位为15'的曲轴,相位超差3.～5..淬火后曲轴变形控制在O.6mm以内:中,CqL 修正后,第4主轴轴颈跳动控制在O.35mm以内:磨削后第4主轴轴颈跳动为0.15～0.18mm,3根曲轴跳动全部超差.30f汽车T艺与材料AT&M2010年第7期.生亭礤锚经过以上分析发现,曲轴磨削后变形超差的主要原因如下.(7)淬火后曲轴内应力过大,导致曲轴变形超差.虽经回火后应力得到一定的释放,但仍有较大的残余应力带到了磨削工序中.在曲轴磨削过程中,残余应力持续释放而导致跳动超差.(2)因淬火变形导致曲轴相位发生变化,致使磨削时连杆轴颈发生偏磨,导致曲轴因受力不均产生变形.通过以下方法可解决磨削后的曲轴变形.(1)控制淬火后的曲轴变形.(2)控制曲轴的内应力.(3)降低曲轴的变形量,减少曲轴偏磨.(4)通过更改磨削工艺,控制曲轴内应力的释放,避免曲轴变形超差.3曲轴淬火变形,内应力过大的原因分析及其解决措施3.1影响曲轴变形的原因分析(1)由于热胀冷缩和组织转变,发生了体积的变化,导致材料内部产生应力.当瞬时应力大于材料的弹性极限时,产生了曲轴的不均匀塑性变形;当轴颈淬火层深不均匀和轴颈侧面的淬火高度过高时,特别是连杆轴颈与第4主轴轴颈层深不均匀和轴颈侧面的淬火高度过高(连杆轴颈内外结构不一样,直接导致淬火层深不均匀和侧面淬火高度过高对整个曲轴的变形影响最大),轴颈的塑性变形不一样,引起曲轴变形.(2)曲轴在加热和冷却过程中,因为热胀冷缩和组织转变而引起曲轴整体长度变化,此时要求曲轴可以自由伸缩,尾架顶紧力不能太大,如果太大则曲轴将会发生塑性变形.(3)毛坯内应力和机械加工应力的存在,对淬火过程中的瞬时应力有叠加作用,导致曲轴产生不均匀的塑性变形.(4)盐轴在淬火过程中,感应器对曲轴的压力不能太大,力度调整到感应器在淬火过程中正好不脱离曲轴,特别是在曲柄的上,下支点,感应器对曲轴的压力不能差别太大,否则直接引起曲轴的变形.3.2表面感应淬火内应力形成的一般规律零件在加热和冷却过程中,将发生热胀冷缩的体积变化,以及因相变时新旧两相比容差异而发生体积变化.热传导过程中由于零件的表面比心部先加热或冷却,在截面上各部分之间存在温差,致使零件表面和心部不能在同--8,1-期发生上述的体积变化,各部分体积变化相互牵制而产生内应力.加热或冷却速度越大,在零件截面上的温差增大,形成的内应力便越大.热处理过程中所形成的内应力可称为瞬时应力;热处理后在零件内存在的应力则称为残余应力.瞬时应力随着温度的变化而改变其应力大小和方向.如果瞬时应力始终小于材料的弹性极限时,则引起瞬时应力的原因消失后,瞬时应力随即消失;但若瞬时应力大于材料的弹性极限而弓1起不均匀塑性变形,那么当造成应力的原因消失后而保留在零件之中的内应力即为残余应力.根据内应力形成的原因不同,又可分为由温差引起的胀缩不均匀而产生的热应力和由相变不同期及组织不均匀产生的组织应力.3.3解决层深均匀性和侧面淬火高度的措施分析该大功率曲轴生产线所用淬火机是进口法国的EFD淬火机,进口感应器不但价格昂贵,而且热效率极低,因此有必要对进口感应器国产化.在使用进口感应器调试过程中,层深均匀性和淬火后曲轴变形均未得到解决.根据切片结果,对感应器有效圈进行了改进,层深均匀性得到了一定程度的提高,但是侧面淬火深度和高度,仍有一定的缺陷,因此淬火后曲轴变形超差的质量问题,仍未得到彻底解决.通过两轮国产化感应器中间试验,根据前期切片结果,又对感应器有效圈进行了优化试验,层深均匀性和侧面淬火高度均得到彻底解决.为了获得均匀的有效硬化层深度,在感应加热周期内,圆角区要比圆柱区提供更多的能量,以弥补热传导损失的热量.2o10年第7期汽车工艺与材料AT&Ml31.生产碗场由传热学可知,沿某方向通过微区面积ds=dyXdz的热流量是:dqx=/1X(dT/dX)XdsXdt(1)式中,为材料的导热系数;d7-/dX为沿方向该点的温度梯度:df为微量时间.由上式可知,热传导损失的热量与导热系数,温度梯度,导热面积和加热时间成正比.同一轴颈加热时,圆角区和圆柱区的导热系数和加热时间是相同的.导热面积可以分别计算出来,但是两处的温度梯度不同,而且随加热时间而变,要精确计算温度梯度对热流量的影响是十分困难的.定性分析和实践表明,感应加热时,圆角区的升温快,因为沿加热层深度方向和加热区的边缘温度梯度大,热流量损失大,相反则圆柱区的热量损失小.切片试样及切片结果,正好与分析的状况相同.由于有效圈几何形状设计不合理且焊点较多,导致感应器效率低,为了满足层深的工艺要求,必须增加加热时间,加热时间过长导致淬火后变形量过大而造成曲轴报废,此期间曲轴淬火后跳动超差的废品率达到了60%～70%.具体淬火参数见表2.进口感应器有效圈结构见图1.轴颈功率/kw加热时I'~/s冷却时l'~/s备注王袖轴颈2—6180/160/14016/22/2216/16/163组参连许轴颈1～6120～180璃零龠蘑I王轴轴颈318022||蔼∞王轴轴颈1||.180一16薯l虽然影响圆角区温度和圆柱区温度的因素除了热传导之外,还有表面热辐射损失,但是由于加热时间短(12～14s左右),热损失之差不大于3%,可以忽略不计.因此,感应器的设计就是要使圆角处得到足够的热量.(1)进口感应器优,缺点分析进口感应器采用的是有效圈圆弧段与曲轴轴颈表面成45.的结构形式,形状采用的是异型结构(见图1).该感应器有效圈圆弧段设计完全基于使圆角处得到足够的热量,有效圈圆弧段磁场直接作用在圆角和侧面直接加热,而轴颈处硅钢片数量太少,因圆角处的热量损失最大,如果轴颈处热量仅靠圆角处的热量传递,在短时间内不能满足轴颈层深的需要,这是造成感应器效率低的主要原因.该感应器有效圈不是一个整体,由很多部分焊接而成,焊点很多,功率损失大,这是造成感应器效率低的次要原因.此种感应器有效圈圆弧段设计极易出现马鞍形淬火层深,圆角处与轴颈处层深差别太大.如果欲满足轴颈层深的工艺要求,必须增加加热时间,当时的加热时间为22～24S,加热时间越长,曲轴变形越大.采用这种结构形式,能很好地保证侧面淬火高度.查阅前期曲轴的图1进口感应器有效圈结构(2)第一轮感应器优,缺点分析第一轮感应器采用的是有效圈圆弧段与曲轴轴颈表面成0.的结构形式,有效圈是由1OmmX1Omm的标;隹矩形铜管制作而成(见图2).该感应器有效圈圆弧段磁场直接作用在侧面和轴颈上,直接对侧面和轴颈加热,而圆角处大部分热量是由轴颈和侧面传32J汽车T艺与材料AT&M2010年第7期生产碗场.±搬汤导而来,再加上轴颈处还有部分硅钢片,且该感应器有效圈圆弧段是一整根铜管弯制而成,没有焊点,从而使感应器效率得到极大提高.因此种有效圈圆弧段设计极易出现侧面深度太深,圆角处深度太浅,层深不均匀,故引起曲轴变形.由于感应器热效率的提高,淬火功率和淬火时间都有了适当的缩短,曲轴变形与进口感应器相比,下降了很多,但是仍旧存在40%的废品,因此进～步对感应器有效圈结构进行改进势在必行,具体淬火参数见表3.第一轮感应器有效圈结构见图2.轴颈功率/kW加热时1~1/s冷却时I'~1/s备注图2第一轮感应器有效圈结构(3)第二轮改进感应器优,缺点分析第二轮改进感应器采用的是前有效圈左侧圆弧段与曲轴轴颈表面成0.,前有效圈右侧圆弧段与曲轴轴颈表面成45.,后有效圈左侧圆弧段与曲轴轴颈表面成45.,后有效圈右侧圆弧段与曲轴轴颈表面成0.的结构形式,有效圈是由6mm×12mm的异形铜管制作而成,见图3.该感应器有效圈圆弧段磁场--N直接作用在圆角和侧面上,直接对侧面和圆角加热i而另一侧有效圈圆弧段磁场直接作用在侧面和轴颈上,对轴颈与侧面加热i再加上轴颈处还有部分硅钢片,且该感应器有效圈圆弧段是一整根异形铜管弯制而成,没有焊点.f!t~IL,该感应器效率很高.该感应器很好地保证了侧面淬火高度(侧面淬火高度工艺要求为6min).前有效圈剖面图后有效圈剖面图图3第二轮改进感应器有效圈结构2o1o年第7期汽车I艺与材料AT&Mf33生产硬场该感应器综合了进口感应器和第一轮感应器所有优点,同时避免了以上两种感应器的缺点,感应器的效率和稳定性都有了很大的提高,加热功率和加热时间又在第一轮感应器的基础上进行了缩短,切片结果显示,层深均匀性及侧面淬火高度全部优于前两轮感应器切片结果,具体淬火参数见表4,淬火层深切片数据见表5.轴颈功率/kW加热时间/s冷却时I'~1/s备注轴颈左罢淬右星淬轴曩火3.4毛坯内应力的控制方法(1)在前期生产过程中,毛坯厂为了节省节拍时间,缩短了曲轴的正火时间,因此为了降低曲轴毛坯的内部应力,必须保证正火炉温的均匀性和正火的时间,以保证内部组织的均匀性,避免产生内应力. (2)在目前国内的锻造水平下,如dC11曲轴毛坯.国内很难保证一次锻造成形,锻造后很多地方不能满足毛坯图纸的工艺要求.为了降低废品率,毛坯厂对不能满足工艺要求的部位(如充不满,有凹陷等)进行堆焊,而堆焊后又没有按照正规的热处理工艺进行去应力退火,因此为了消除堆焊产生的内部应力,对毛坯厂提出了以下2点要求.a.尽量避免对毛坯进行堆焊.b.对部分必须堆焊的毛坯,按正规热处理工艺进行去应力退火.3.5尾架顶紧力与感应器配重的调整(1)为了保证曲轴在淬火过程中的自由伸缩,尾架项紧力应尽可能小,经过2轮工艺试验,尾架项紧力由2X10Pa降低为O5X1OPa,益轴淬火后第4主轴轴颈跳动量平均降低O.18mm.(2)为了防止曲轴在淬火过程中产生塑性变形,必须尽量降低感应器对曲轴的压力,特别是在曲柄上,下支点的压力,如果曲柄上,下支点的压力差太大,则外力叠加后导致曲轴产生塑性变形.3.6淬火工序改进前,后数据对比分析在该曲轴前期投产过程中,淬火后曲轴变形过大一直是曲轴生产线质量控制的一个难点,整条曲轴生产线因为淬火后曲轴变形过大而无法顺利生产.曲轴生产线的淬火工序废品率一直居高不下,废品率达到了40%之多(回火后第4主轴轴颈跳动工艺要求为0.8 mm),回火后国产毛坯的第4主轴轴颈跳动平均在O.79mm.为了挽救曲轴,部分跳动超差的曲轴不得不继续下流,靠磨床来挽救,这不但造成了对磨床的损害,而且造成人力,物力的极大浪费.改进前,国34I汽车工艺与材料AT&M2010年第7期.生产琐扬产毛坯回火后曲轴第4主轴轴颈跳动数据见表6.两轮的国产化感应器中间试验,对感应器有效圈结构进行了改进,调整了尾架项紧压力和感应器压力,有效地控制了毛坯内应力的产生.目前,淬火后曲轴变形已基本得到很好地控制,淬火后国产毛坯的第4主轴轴颈跳动平均在0.28mm左右,回火后基本能控制在0.22mm左右,废品率控制在1%以内(淬火后第4主轴轴颈跳动工艺要求为08mm,回火后第4主轴轴颈跳动工艺要求为O.6mm),很好地满足了后续加工工艺的要求.改进后国产毛坯淬火,回火后曲轴第4主轴颈跳动数据见表7.4减少偏磨,避免曲轴因表面应力分布不均而产生变形在磨削主轴轴颈时,以顶尖孑L为基;隹,要想避免曲轴产生偏磨,必须控制曲轴淬火的变形.根据前面零件号淬火回火的分析可知,曲轴在淬火时因应力的作用,变形不可避免.特别对大功率曲轴而言,目前需要解决的是尽量降低曲轴的变形量,通过修正中心孔来降低轴颈对顶尖的跳动,尽而减少曲轴的偏磨,避免曲轴因表面应力分布不均而产生变形.目前,我厂曲轴中心孔修正采用的方法是以第2,6主轴轴颈中心轴线为基准,设备修正后的中心孔中心连线与第2,6主轴轴颈中心轴线理论上应重合, 也就是说,修正后的中心孔反映第2,6主轴轴颈中心轴线.从目前现场加工的曲轴来看,对后续减少偏磨量的效果明显,修正效果很好.该修正方法仅适合于淬火后变形规则的曲轴,如果淬火后出现"S"曲轴,该修正方法对磨削将产生不利影响.5更改磨削工艺,控制曲轴内应力的释放,避免曲轴变形超差为了将曲轴内部应力进行释放,可以先对曲轴主轴轴颈进行预磨(必须保证轴颈圆度),然后再磨削全部连杆轴颈,这样可以提前将曲轴内部应力进行释2010年第7期汽车T艺与材料A T&M『35生产碗琶放,最后再精磨全部主轴轴颈,这种磨削方式可以在保证曲轴质量的同时,避免曲轴变形超差.采用这种方法的前提是必须新增磨床或改为双砂轮磨床,我厂该曲轴线已不可能采用该方式.后期再建新的生产线时,可以提前考虑采用这种磨削方式或采用双砂轮磨床,以避免曲轴因前序内应力过大而产生曲轴变形超差.6磨削工序改进前后效果对比验证改进前,因淬火后曲轴内应力较大,曲轴变形过大,磨削后因内应力释放,一直存在着磨削工序跳动超差的质量问题(工艺要求第2,3,5,6主轴轴颈跳动为0.1mm,第4主轴轴颈跳动为0.13mm).实际情况第3,5主轴轴颈跳动平均值为0082mm,最大为0.013mm,第4主轴轴颈跳动平均值为01mm,最大为O.14mm.通过对多批曲轴分批进行统计,磨削工序废品率达到了10%～35%之多,改进前磨削工序后曲轴第3,4,5主轴轴颈跳动数据见表8.零件号第3主轴颈第4主轴颈第5A.轴颈通过对感应器有效圈的改进设计及毛坯应力的控制,对尾架项紧力和感应器配重调整,解决了曲轴淬火变形,降低了曲轴的内应力,进而彻底解决了磨削后曲轴变形超差.通过对该工序160件曲轴进行跟踪检测,结果没有一根曲轴磨削后跳动出现超差,该工序因跳动超差的废品率降为零,第3主轴轴颈跳动平均值为0044mm,第5主轴轴颈跳动平均值为0.045mm,第4主轴轴颈跳动平均值为0.047mm,改进后磨削工序后曲轴第3,4,5i轴轴颈跳动数据详见表9.零件号第3主轴颈第4主轴颈第5主轴颈7G00087GOOlO7G00057Go0237C-00227G0127G0o067G00147G00177G0O16002…q∞|薯0:03&077结束语欢迎订购EEC指令(中英文对照版)0为了满足目前我国汽车行业对国外汽车法规了解和掌握的迫切需要,国家汽车质量监督检验中心(长春)与莱茵技术(上海)有限公司北京办事处合作组织汽车行业专业人士翻译了最新EEC指令,并委托《汽车文摘))杂志编辑出版.全套,丑EC指令共计58本,并附光盘一张,为中英文逐页对照形式,便于使用.黪.该EEC指令由《汽车文摘》杂志编辑部负责向汽车行业各企业推广销售,价格为7500~L/套,欢迎各企业来电咨询嗡受一联系人:杜女士电话:0431:85789859传真:0431:85789810E—mail:**************** I36f汽车212艺与材料AT&M2010年第7期∞∞∞O.OOOOO^U^OO^嘶∞∞叭∞O0OOOOOO0。

曲轴变力圆角滚压强化及变形的规律研究的开题报告一、研究背景曲轴是汽车发动机的重要部件之一，其承受着高频、大幅度和复杂的载荷，尤其是在高转速和高扭矩时更容易出现断裂、疲劳和变形等问题。

为了提高曲轴的耐久性和寿命，曲轴的加工工艺和材料技术得到不断的研究和改进。

其中，强化技术是一个有效的手段，可以通过增强材料的内部结构和表面硬度来提高曲轴的抗疲劳性能和扭转刚度，从而减少变形和裂纹的发生。

目前，曲轴强化技术主要有化学沉积、气氛渗碳、等离子喷涂、激光表面处理、磁场强化和滚压等方法。

滚压技术是一种具有广泛应用前景的曲轴强化方法，它可以在曲轴表面形成一层厚度较小但具有高强度和高韧性的改性层，能够有效地提高曲轴的表面硬度和强度，减少表面裂纹和疲劳损伤。

在滚压强化过程中，圆角处是一个特殊的表面形状，其直接受到滚压变形的影响，容易产生塑性变形和残余应力等不利因素。

因此，如何探究曲轴变力圆角滚压强化的变形规律及其对曲轴性能的影响，对于提高曲轴加工质量和性能有着重要意义。

二、研究目的和意义本研究旨在通过实验和数值模拟方法，探究曲轴变力圆角滚压强化的变形规律和影响因素，包括圆角半径、滚压力和滚压速度等方面。

具体目标如下：1.建立曲轴变力圆角滚压强化的数值模拟模型，分析曲轴滚压过程中圆角处的应力和变形规律。

2.设计曲轴滚压实验，测量曲轴在不同滚压条件下的表面形貌、硬度和残余应力等性能指标。

3.通过实验和模拟相结合的方法，分析不同滚压参数对曲轴滚压强化的影响，并探究圆角半径、滚压力和滚压速度等因素的优化策略。

4.对实验和模拟结果进行对比和分析，总结曲轴变力圆角滚压强化的变形规律和影响因素，并为曲轴加工工艺和强化技术的进一步研究提供理论支持和实验基础。

三、研究内容和方法本研究包括以下几个方面的内容：1.曲轴变力圆角滚压强化的理论分析，包括曲轴滚压过程中的应力分布、变形规律、塑性变形和残余应力等基本理论问题。

2.曲轴滚压强化的数值模拟分析，采用有限元软件建立曲轴模型，模拟曲轴滚压过程中的应力变化、变形分布和残余应力等性能。

曲轴初步分析（1）重量检查：通过PRO/E软件本身自带一些分析计算功能，比如表面积、体积、质量、转动惯量、中心坐标、简单的运动分析、简单的CAE分析、工艺检查等等多种有用的功能，这些功能在我们设计工程师的工作中增加了很多便利，能够使我们在设计工作时对所设计零件的状态信息很方便的获得，从而少走很多弯路。

现在执行质量分析命令，得到一系列和质量有关的信息见图2.6。

从中可以看出曲轴在X、Y轴质心坐标都已经小于0.0021了，因此整体来说曲轴质心分布是比较理想的，曲轴的静平衡达到设计要求。

（2）平衡分析1）首先对曲柄连杆机构在工作时的受力状况进行简单的描述。

（a）惯性力：对于曲拐惯性力的分解见图2.7。

2）根据以上理论，对曲轴的平衡率进行计算：首先进行曲拐分割分析，主要是分析曲轴单个曲拐的平衡率，根据AVL资料中，对于小型发动机曲轴单拐平衡率（连杆大头换算当量质量在曲柄销上）控制在不低于60%即可。

切割方法是将曲拐分割成曲拐、平衡块等部分，分别在PRO/E中进行质量属性测量。

测量时的坐标系方向：X向为沿轴向指向前，Y轴为沿曲拐法向指向外，Z轴为沿竖直方向指向第1曲拐向上。

把测得结果根据测量的结果，分别计算各个曲拐的平衡率。

因为本机设计为8平衡块对称结构，因此可以在静平衡计算中，采取简化到曲拐的方法，可以节省数模准备和计算的时间，对计算的精度没有任何影响。

从曲轴平衡分析表中可以看出第一曲拐含连杆大头在内平衡率在75.71%；第二曲拐含连杆大头在内平衡率在75.83%；第三曲拐含连杆大头在内平衡率在75.83%；第四曲拐含连杆大头在内平衡率75.71%。

根据AVL公司的推荐，平衡率达到60%以上已经满足设计要求了。

3）对曲轴进行动平衡计算：（a）连杆当量回转质量的确定，根据连杆的3维数模，可以用PRO/E软件测量出连杆的总重量、质心位置，通过根据质量分解计算出连杆大头的等效回转质量m2=0.22500kg。