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YC6108ZQ柴油机球铁曲轴疲劳强度及圆角滚压曲轴是发动机中最重要的零部件之一,工作过程中受力情况非常复杂,工作破坏形式主要是疲劳断裂与磨损,所以,对曲轴疲劳强度的研究是目前曲轴设计研究的一个重要课题。
国内外文献对滚压工艺研究报导明显不足,导致国内厂家滚压工艺参数只能靠经验确定,多数国内厂家依靠进口设备原有的工艺参数,制约了滚压技术的更好应用。
本文对YC6108ZQ柴油机球墨铸铁曲轴滚压工艺强化进行了研究,分析了滚压工艺参数对曲轴疲劳强度的影响规律,为本球铁曲轴工艺参数的改进和优化提供了参考。
本文分析了YC6108ZQ柴油机曲轴各工况下的受力状况;计算了曲轴在各转速下圆角处的不同应力状态;通过试验研究了曲轴材料,包括硬度、强度、延伸率等参数对曲轴疲劳强度的影响规律;研究了曲轴圆角滚压各参数及曲轴圆角结构对曲轴疲强度的影响规律;对曲轴进行了相关的疲劳试验研究;给出了不同滚压力下的疲劳强度极限;得出了YC6108ZQ柴油机球铁曲轴不同疲劳极限值对应的一条最佳残余应力线,以及最佳滚压力值。
本文通过疲劳强度分析和疲劳试验,得到了材料性质和滚压工艺参数对疲劳强度的影响规律,一些结论,如滚压力的提高可在一定范围内可提高曲轴的疲劳强度极限等对实际曲轴的滚压强化生产具有一定的指导意义。
同主题文章[1].各国球墨铸铁标准' [J]. 现代制造工程. 1982.(01)[2].田长浒,陈滌輝,戢家齐. 钒钛球墨铸铁性能试验报告' [J]. 四川大学学报(工程科学版). 1982.(02)[3].白金元. 球墨铸铁拉伸凹模' [J]. 模具工业. 1983.(01)[4].温永泉. 曲轴弯曲疲劳试验的新方法' [J]. 内燃机学报. 1988.(01)[5].罗庆燎. 多种牌号球墨铸铁的生产' [J]. 航空制造技术. 1987.(06)[6].王金廷. 球墨铸铁井管通过鉴定' [J]. 地下水. 1986.(02)[7].郭占哲. 用圆角滚压加工提高曲轴强度' [J]. 车用发动机. 1991.(03)[8].李满良,冯美斌. 圆角滚压球铁曲轴在柴油机中的应用研究' [J]. 汽车工艺与材料. 2002.(Z1)[9].田长浒. 钒钛球墨铸铁耐磨性能的试验研究' [J]. 机械. 1984.(02)[10].铸态QT50—5球墨铸铁科研成果通过省级鉴定' [J]. 华东交通大学学报. 1987.(01)【关键词相关文档搜索】：机械工程; 曲轴; 球墨铸铁; 圆角滚压; 滚压力; 疲劳强度【作者相关信息搜索】：上海交通大学;机械工程;田中旭;蔚兴建;。
曲轴强度疲劳计算的研究及应用陈阳;黄灿银【摘要】阐述了关于曲轴强度计算原理及方法,提出了多体动力学、有限元及疲劳软件联合计算的方法解决关于曲轴疲劳的计算方法,并运用该方法对某D系列柴油机的曲轴疲劳进行计算.【期刊名称】《柴油机设计与制造》【年(卷),期】2012(018)001【总页数】6页(P11-16)【关键词】曲轴强度计算;多体动力学;有限元;疲劳【作者】陈阳;黄灿银【作者单位】上海柴油机股份有限公司,上海200438;上海柴油机股份有限公司,上海200438【正文语种】中文曲轴是发动机最关键的零件之一。
它在发动机运行过程中传递气体爆发压力和惯性载荷，然后将力矩传递给飞轮端，作为发动机的功率输出。
曲轴具有如此功能，所以在设计时希望获得比发动机预期更长的寿命，即更高的疲劳强度。
但是近年来随着对内燃机动力性能和可靠性的要求不断提高，曲轴的工作条件愈加苛刻，曲轴的强度问题变得更加重要。
曲轴的耐久性成为最重要的课题之一，因为其出现任何问题会导致发动机严重失效，失效的轴系在使用过程中会给公司的声誉及成本带来巨大的损失。
但是，由于高度的竞争和成本的增加，需要低的成本，高的寿命，使得发动机的发展在工程应用中越来越受到限制。
为了达到低成本及高安全系数设计，发动机运行过程应处于高的可信度水平上。
为获得高的精度，在设计早期就应采用CAE技术。
借助于多体动力学与有限元的计算方法对耐久寿命需求的设计修改，能够在零件产品生产出来前就获得过度设计及疲劳失效的设计修改方法。
零件的疲劳强度决定于所受应力的循环变化的幅度及变化的不对称性、零件的形状和尺寸、零件的表面状态、材料的结构以及机械加工和热处理的方法等。
计算结果采用安全系数表示。
曲轴的疲劳强度计算内容，主要是计算最危险处的安全系数，如过渡圆角、油孔边缘处等，并且是对最危险工况进行计算，即找出运转过程中可能出现的应力变化最大幅值和此时的平均应力。
曲轴疲劳强度的计算方法一般按如下2个步骤进行：一是求出曲轴危险部位的应力幅值和平均应力；二是在此基础上进行疲劳强度校核，即按材料的疲劳极限，考虑材料强化处理、应力循环和尺寸影响，求出曲轴上危险部位的最小强度储备，通常以安全系数的形式表示。
圆角滚压残余压应力与曲轴疲劳强度的关系杨如松【摘要】通过对某发动机锻钢曲轴滚压工艺研究，测试分析了不同圆角滚压工艺条件下曲轴圆角表面残余压应力与弯曲疲劳极限弯矩的关系。
试验结果表明，圆角滚压对曲轴有显著强化效果，可使疲劳极限弯矩和安全系数显著提高，试验结果对曲轴设计开发中圆角滚压工艺的选择具有一定的参考价值。
%Through the study on the rolling technique of one engine crankshaft, the relationship of the crankshaft's round corner surface residual compressive stress and fatigue limit bending moment in different fillet rolling technique was analyzed. The test result showed that fillet rolling technique had obvious definite effect on the crankshaft performance, which is to increase the fatigue limit bending moment and safety factor. This study result had a certain reference value in choosing suit-able fillet rolling technique under the crankshaft design process.【期刊名称】《柴油机设计与制造》【年(卷),期】2016(022)003【总页数】6页(P41-45,56)【关键词】曲轴;圆角滚压;残余压应力;疲劳极限;弯矩;安全系数【作者】杨如松【作者单位】上海汽车集团有限公司乘用车公司，上海201804【正文语种】中文曲轴是发动机最重要的部件之一。
曲轴圆角滚压智能加工系统
杨光;陈平;李志明
【期刊名称】《武汉理工大学学报》
【年(卷),期】2001(23)7
【摘要】发动机曲轴圆角滚压可以极大地提高曲轴的疲劳强度 ,但滚压后会产生变形 ,传统的弯曲力校直方法会降低由滚压所产生的压应力。
新的工艺方法是 :先滚压再测量最后滚压校直。
提出了实现这种新工艺方法的加工设备——曲轴圆角滚压智能加工系统。
【总页数】3页(P63-65)
【关键词】曲轴;圆角滚压;智能加工系统;汽车
【作者】杨光;陈平;李志明
【作者单位】武汉理工大学;湖南湘潭电机集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U464.133.3;TH16
【相关文献】
1.半精加工曲轴圆角滚压工艺试验研究 [J], 李满良;冯美斌
2.浅谈曲轴圆角滚压对止推面加工余量的影响 [J], 庞晓锋;江涛涛;钟安飞
3.曲轴圆角滚压的加工工艺 [J], 汪磊;王柯雄;李晨
4.曲轴圆角滚压变形分析与滚压校直专家系统的研究 [J], 黄继雄;杨光;余先涛
5.曲轴圆角滚压加工机理及滚压工艺参数设计 [J], 李锁牢;薛隆泉;边宝丽
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曲轴圆角滚压机床的设计与研究张树礼;黄耀明【摘要】阐述了用滚压曲轴主轴颈和连杆颈圆角的方法,来提高曲轴抗疲劳强度及使用寿命,并介绍了滚压机床的总体设计方案及关键部件的结构设计.%This article presents how to improve crankshaft fatigue strength and service life by means of rolling undercuts. Then the article introduces the general design scheme of the rolling machine and the structure design of its key components.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2012(000)007【总页数】4页(P43-46)【关键词】曲轴;圆角滚压;滚压臂;滚压轮【作者】张树礼;黄耀明【作者单位】大连连城数控机器股份有限公司,辽宁大连116036;大连机床集团有限责任公司,辽宁大连116620;大连机床集团有限责任公司,辽宁大连116620【正文语种】中文【中图分类】TH122用滚压的方法加工曲轴圆角是上个世纪70～80年代兴起的一种新技术。
到目前，几乎所有的轿车发动机的曲轴均采用这种方法加工圆角。
这种无屑加工的方法，不仅符合绿色环保的需要，而且最关键的是通过滚压，大大地提高了曲轴的抗疲劳强度，增强了曲轴的使用寿命。
众所周知，汽车发动机零件中，曲轴是关键零件之一，在传递动力的过程中，它承受着交变载荷的冲击。
这种交变载荷使曲轴会产生弯曲和扭曲变形，更易使曲轴连杆颈和主轴颈处造成疲劳断裂。
而采用滚压的方法加工曲轴圆角，就是利用滚轮的压力作用，在曲轴的主轴颈和连杆颈过渡圆角处形成一条滚压塑性变形带，这条塑性变形带具有以下特点:（1）产生了残余压应力，可与曲轴在工作时的拉应力抵消或部分抵消，从而提高疲劳强度。
轿车曲轴小头轴颈圆角滚压装置的设计与改进张立平;李海国【期刊名称】《金属加工：冷加工》【年(卷),期】2014(000)013【总页数】2页(P62-63)【作者】张立平;李海国【作者单位】滨州海得曲轴有限责任公司山东256606;滨州海得曲轴有限责任公司山东256606【正文语种】中文曲轴是发动机中承受弯曲、扭转载荷，传递动力的关键零件，近10几年来，由于受国家排放标准的控制，发动机多采用增压、扩缸等方法来增加功率、降低排放。
曲轴所承受的工况环境更加严峻。
很多大功率曲轴采用圆角滚压工艺来进行强化，以期提高曲轴的弯曲疲劳强度，达到安全运行的目的。
尤其是轿车曲轴几乎全部采用圆角滚压强化工艺来提高曲轴的疲劳强度。
轿车曲轴不同于载货汽车曲轴，具有一个共同点，就是小头圆角也要求滚压强化处理，由于小头轴颈具有长度较长、单侧圆角等结构的特殊性，给滚压工艺的实施造成了一定的难度。
1.曲轴圆角滚压工艺及通用装置如图1所示，曲轴的圆角滚压，就是利用滚轮的压力作用，在曲轴的主轴颈和连杆颈过渡圆角处形成一条滚压塑性变形带，这条塑性变形带具有以下特点:图1 曲轴圆角滚压工艺示意图(1)产生了残余压应力，可与曲轴在工作时的拉应力抵消或部分抵消，从而提高疲劳强度。
(2)硬度提高。
滚压使圆角处形成高硬度的致密层，使曲轴的机械强度和疲劳强度得到提高。
(3)表面粗糙度值降低。
圆角滚压可使圆角表面粗糙度值达到Ra=0.1 μm以下，从而大大减小了圆角处的应力集中，提高了疲劳强度。
滚压装置又称滚压头，通用滚压头分为上滚压头和下滚压头，由于下滚压头仅起到支撑作用，本文不作介绍。
上滚压头是滚压装置的核心部件，如图2所示，上滚压头主要由滚压体1、端盖2、导轮3、滚针轴承4、心轴5、滚轮6、滚轮支架压板7及滚轮支架8等零件组成。
图2 上滚压头结构1.滚压体 2.端盖 3.导轮 4.滚针轴承5.心轴 6.滚轮 7.滚轮支架压板 8.滚轮支架滚压加工时向滚压头施加一定的压力，每一个上滚压头的两个滚轮6与曲轴每个轴颈的两个圆角相配合，通过曲轴工件的旋转带动滚轮的旋转，这样就在圆角处形成一条滚压塑性变形，从而提高了曲轴的综合疲劳强度。
曲轴圆角滚压强化技术综述作者：郭威来源：《硅谷》2015年第02期摘要在大型的机器构件体系中，曲轴是其中必不可少的主要零件，在机器高速运转的过程中，曲轴能够承受机器的循环应力，因此，曲轴的工作环境与条件都非常恶劣，而曲轴圆角滚压强化能够使曲轴的寿命有效延长。
本文以圆角滚压强化的概述为研究基点，从曲轴圆角滚压的强化机理以及滚压工艺等方面进行的技术综述，并对滚压强化技术的未来发展做出了展望。
关键词曲轴；滚压强化；技术综述中图分类号：TK403 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）02-0167-02在大型机械运转的过程中，曲轴所起到的作用非常关键，但恶劣的工作环境会使得曲轴在长期应力与应变的作用下发生局部变形，且这种变形是不可恢复的，长时期处于这种状态的曲轴便会产生裂纹，直至完全性断裂。
所以，在很多机械应用曲轴之前，都会对其进行强化处理，而圆角滚压技术便是强化曲轴的有效方法，具有成本低、效率高、效果好的特点。
1 圆角滚压强化的概述在滚压强化中，表面滚压强化事实上是无屑光整的一种加工方法，一般在常温状态下进行，以淬火钢等高硬度材料为依托，对被加工零件的表面形成压力，进而使其产生一种塑性形变，以提升零件表面的压应力，达到强化目的[1]。
而圆角滚压强化是表面滚压强化中的一种，主要是在主轴与曲轴的轴颈以及连杆与曲柄之间的圆角等部位，运用滚压旋转的方式，将压力施加到零件上，以形成一种塑性的变形区域，使零件危险界面处的应压力产生变化，令其更加具有合理性，是一种比较特殊的表面强化方法。
曲轴圆角滚压强化技术的主要特点有以下几方面：1）可以使曲轴表面的粗糙度有效降低，从而令被滚压零件的表面得到强化，在进行滚压之后，零件会产生一部分残余的压应力，使零件的硬化层深度与硬度得到明显提升。
2）可以有效减小零件在切削过程中留下的痕迹，降低零件表面缺陷，进而使零件的集中应力程度得到有效降低。
3）滚压技术在应用过程中无需加热，因此，其处理零件的时间也会相对较短。
专利名称：圆角滚压球铁曲轴专利类型：实用新型专利
发明人：宫传刚
申请号：CN201220347325.3申请日：20120718
公开号：CN202690720U
公开日：
20130123
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：圆角滚压球铁曲轴，采用QT800-6球墨铸铁材料，具有较高的延伸率和更高的冲击值，可以有效地提升滚压力；其主轴颈、连杆轴颈与曲柄臂的过渡圆角处采用沉割槽结构，可以有效保证主轴颈和连杆轴颈的直线度、圆柱度等关键尺寸，防止了滚压过程中由于部分材料流动导致的轴颈表面肿起的现象；圆角滚压球铁曲轴采用“轴颈淬火+园角滚压”强化工艺，可获得较高的疲劳弯矩性能，超过锻钢氮化曲轴，接近锻钢淬火曲轴的水平，既能保证可靠性，又能显著降低成本。
申请人：道依茨一汽(大连)柴油机有限公司
地址：116600 辽宁省大连市经济技术开发区黄海中路117号
国籍：CN
代理机构：大连科技专利代理有限责任公司
代理人：龙锋
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圆角滚压实验结果及数据分析
一、圆角滚压强化效果及变形问题
球墨铸铁和锻钢两种材质的曲轴在经过圆角滚压强化后，它们的疲劳强度都有很大的提高，球墨铸铁曲轴在滚压强化后，圆角疲劳强度提高了百分之四十四左右，四十五号锻钢曲轴在滚压强化后，圆角疲劳强度提高了百分之二十左右，由此可见，经过圆角滚压后，球墨铸铁曲轴的强化效果提高更为明显。
曲轴在经过圆角滚压强化后，会产生一定的变形，经过滚压后的曲轴在检测后发现曲轴的长度尺寸发生了微小的变化，会对曲轴的工作产生一定的影响，下图是滚压前后曲轴发生形变的示意图从中可以看出经过圆角滚压处理后的曲轴的形变情况：
图4.3.4.-1未滚压时曲轴示意图
图4.3.4-2滚压后曲轴的弯曲变形示意图
由于在曲轴进行圆角滚压的过程中，圆角会受到相当大的轴向力的作用，因此进行滚压处理后的曲轴会产生轴向伸长现象，山东省滨州海得曲轴有限责任公司的李海国工程师，通过对该公司某型号的四缸曲轴随机抽取20条做了工艺试验，编号为1-20，对滚压前后的主轴分档和档宽尺寸变化情况进行对比，具体对比情况如下：
表4.3.4.1-3滚压前曲轴的主轴分档和档宽尺寸单位：毫米
表4.3.4.1-4滚压后曲轴的主轴分档和档宽尺寸单位：毫米
四分档尺寸增长的幅度最大，增长量为0.08-0.12毫米，三分档增长量为0.06-0.10毫米，二分档增长量为0.04－0.06毫米，一分档增长量为0.02－0.04毫米。
这是因为四分档的尺寸测量累计了所有主轴颈（包括连杆轴颈）滚压后的涨量，而从档宽的尺寸增长来看（0.02），也验证了这一点。
对曲轴的轴向伸长问题，我们需要在编制工艺文件时予以考虑，并将相关工序作为参数补偿反映到工序卡片中。
滚压工艺在曲轴生产中的问题解决实例
何军;刘勇;梁德重;张雯君
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2013(000)011
【摘要】曲轴是发动机动力输出的主要元件,它的强度直接影响着发动机的性能.滚压工艺作为提升曲轴强度的主要手段,在发动机制造业中得到广泛应用.对曲轴滚压工艺进行总结,并结合工作中遇到的问题及解决措施,对其在生产中的应用进行阐述.【总页数】4页(P145-148)
【作者】何军;刘勇;梁德重;张雯君
【作者单位】上汽通用五菱汽车股份有限公司发动机制造部,广西柳州545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司发动机制造部,广西柳州545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司发动机制造部,广西柳州545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司发动机制造部,广西柳州545007
【正文语种】中文
【中图分类】TK426
【相关文献】
1.曲轴滚压变形分析与滚压校直工艺研究 [J], 宁甲亮
2.基于Deform和BP神经网络的曲轴圆角滚压工艺参数研究 [J], 阮景奎;倪帆;周学良
3.曲轴深滚压工艺及滚压力异常分析和处理 [J], 梁海波;吴启峰
4.乘用车曲轴圆角滚压工艺与设备的应用实践 [J], 叶宗茂; 贺晋兵
5.曲轴圆角滚压加工机理及滚压工艺参数设计 [J], 李锁牢;薛隆泉;边宝丽
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一种用于曲轴圆角滚压的滑架平衡机构陈继红;林文学【摘要】介绍了一种滑架平衡机构,应用于曲轴滚压机滚压曲轴圆角时,可消除滚压过程中在曲轴拐角两侧产生的不平衡压力及扭矩,保证曲轴滚压机的工作稳定性,提高曲轴滚压的生产精度,降低曲轴滚压的废品率.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】2页(P146-147)【关键词】曲轴;圆角;滚压;滑架【作者】陈继红;林文学【作者单位】湖北职业技术学院,湖北孝感432000;湖北职业技术学院,湖北孝感432000【正文语种】中文【中图分类】TH12曲轴在发动机内是一个高速旋转的长轴，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。
曲轴工作过程中工况条件恶劣，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，引起高度关注。
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[1]。
曲轴圆角滚压加工就是曲轴圆角表面处在液压轮的压力影响下，其表面产生塑性变形，圆角表面的组织结构及形状会改变，使曲轴圆角处的组织紧密，晶粒拉长变细，从而在曲轴圆角表层内出现残余压应力，可与曲轴在工作时的拉应力抵消或部分抵消，从而提高疲劳强度；使得金属表层产生冷作硬化现象，滚压后圆角表层为一高硬度致密层，材料表面得到了强化；消除曲轴表面显微针孔和裂纹、气孔等铸造缺陷；圆角滚压可使圆角表面粗糙度达到Ra0.2 μm以下，从而极大减小了轴颈过渡圆角处的应力集中，加强了圆角处的材料物理性能，显著提高了曲轴疲劳强度。
[2] 曲轴圆角滚压一般是利用装在滚压臂上的滚压头对曲轴的各主轴颈和连杆颈圆角进行滚压，在曲轴圆角滚压机上实现。
滚压开始前，机床的夹钳机构实现对曲轴各轴颈的夹紧和加压控制，滚动时，电动机带动机床头架控制曲轴的旋转转速和圈数，完成对曲轴各轴颈的滚压过程。
该类滚压夹钳机构的工作原理是，滚压头和支撑头通过加压油缸夹紧曲轴轴颈,机构同时有两个滚压夹钳工作，分别对曲轴的主轴颈和连杆颈施加压力，曲轴跟随着头架的转动绕曲轴轴线旋转，这样连杆颈滚压钳与曲轴连杆、机架组成一个曲轴摇杆机构，连杆颈滚压钳随动，而主轴颈滚压钳夹紧主轴颈不需要随动，分别完成对两轴颈的滚压，然后滚压钳松开曲轴轴颈并通过滑架后退和横移，再通过曲轴的旋转调整好曲轴轴颈位置后，滚压钳前进到加工位置并夹紧下一对主轴颈和连杆颈进行滚压，如此反复，直到滚压完曲轴所有主轴颈和连杆颈[3]。
