採用珠光體球墨鑄鐵鑄態毛坯生產不淬火曲軸的方法
2023-05-27 09:07:21
專利名稱：採用珠光體球墨鑄鐵鑄態毛坯生產不淬火曲軸的方法
技術領域：
本發明屬於汽車曲軸生產加工方法，具體涉及採用珠光體球墨鑄鐵鑄態毛坯生產不淬火曲軸的方法。
背景資料曲軸作為汽車發動機中最重要的零件，在工作中受到周期性變化的燃氣衝擊力、旋轉質量的離心力、往復慣性力等複雜的交變載荷，且曲軸主軸頸、連杆頸及其軸承副高速地相對旋轉運動，造成發熱和磨損。這就要求曲軸具有足夠的強度、良好的韌性和優越的耐磨性。由於表面淬火處理技術在保證工件芯部原有的機械性能的同時，能顯著提高工件表面的強度和硬度；並且從機加工藝的角度而言，加工表面硬度的提高，還有利於工件加工表面高精度要求的粗糙度的獲得，從而也顯著地提高了曲軸的耐磨性。因此國內汽車廠家在加工曲軸時，都採用「毛坯鑄造—正火—粗加工—淬火+回火—滾壓—精加工(精磨、動平衡和超精拋光)」的工藝方案進行生產加工。這種「正火、淬火+回火」工藝雖然能提高產品的機械性能，但它工藝流程過長，加工時需消耗大量的熱處理能源，且產品質量難以控制，導致生產成本居高不下；同時工人勞動強度高，還汙染環境。另外，企業需要投資大量資金購買淬火、回火和毛坯正火等熱處理設備。
發明內容
為了解決上述工藝存在的問題，我們通過不斷研究總結改進現有工藝，產品試製，提出了一種以珠光體球墨鑄鐵鑄態曲軸毛坯為加工對象，不淬火生產曲軸的方法，從而克服現有工藝存在的問題。
採用珠光體球墨鑄鐵鑄態毛坯生產不淬火曲軸的方法，它是以珠光體球墨鑄鐵鑄態曲軸毛坯為加工對象，其加工方法為(1)對曲軸毛坯進行粗加工；(2)對曲軸進行校直；(3)對曲軸沉割槽進行強化滾壓；(4)對曲軸進行精加工(精磨、動平衡、超精拋光)。其中滾壓參數為滾壓力正時端主軸頸滾壓力5000-10000牛頓，其他主軸頸滾壓力10000-20000牛頓；連杆頸的滾壓力為10000-20000牛頓；滾壓速度12-18m/min；滾壓圈數升壓過程3-6圈，滾壓過程10-15圈，降壓過程3-6圈。
該工藝方法較現有工藝方法，省略了傳統的「正火、淬火+回火」工序，大大縮短了工藝路線，降低曲軸生產成本、減輕勞動強度，改善工作環境，企業無需投於大量資金購買淬火、回火和正火等熱處理設備。
產品疲勞強度是不淬火曲軸加工過程中最重要的技術環節.為了確保採用珠光體球墨鑄鐵鑄態毛坯加工的不淬火曲軸的彎曲疲勞強度能達到發動機的使用要求，我們採用了曲軸沉割槽強化滾壓技術來提高其強度。其強化機理為常溫下的金屬在外力的作用下，其內部開始產生內應力，隨著應力的增加，開始強迫晶體內部線缺陷等缺陷附近的部分處於不穩定狀態的原子離開原來的平衡位置，從而改變原子間的相互距離並引起原子位能的增加，使金屬發生變形。如應力不是足夠大，這些高位能的原子在外力停止作用後，能回到原來的低位能位置，內應力和變形也隨之消失；如內應力繼續增加，超過該金屬的屈服極限後，這些高位能的原子很容易從一個相對平衡位置移動到另一個相對平衡位置形成晶體的位錯運動，位錯運動到晶體表面就產生了整個晶體的塑性變性，其強度和硬度升高；在外力停止作用後，其變形和內應力並不完全消失。當然如外力繼續增加，內應力接近或達到強度極限時，將產生微裂紋而急劇惡化工件的機械性能。因此滾壓的實質是利用一定範圍內的機械力對曲軸沉割槽進行強化滾壓，使其表面產生塑性變形而形成硬化層，並自表至裡產生殘餘應力，以預應力的形式來抵抗一部分工作應力，從而提高曲軸的疲勞強度。此力不能過小，過小達不到強化效果；此力也不能過大，過大後變形量過大並有造成過滾壓的傾向。當然強力滾壓還產生了消除工件表面的顯微疏鬆和微裂紋、提高工件表面的光潔度等有利於提高曲軸疲勞強度的技術效果。
由於滾壓的同時造成工件的塑性變形，具體到珠光體球墨鑄鐵鑄態毛坯不淬火曲軸上就是曲軸各軸頸的跳動量和曲軸軸向伸長量，故必須在疲勞強度和變形量兩者之間綜合考慮滾壓力的具體參數，我們經過調試並經彎曲疲勞強度試驗提出了上述滾壓參數。
具體實施例方式
我們採用珠光體球墨鑄鐵材料，具體材質如下毛坯狀態鑄態；石墨形態球狀；珠光體含量＞80％；游離碳化物≤3％；抗拉強度≥840Mpa；屈服強度≥450Mpa；碳含量3.5-3.8％；矽含量2.0-2.6％；錳含量0.75-1.1％；銅含量0.40-0.65％；硬度HB 250-335；衝擊功≥4J/cm2。
其加工工藝為(1)對曲軸毛坯進行粗加工；(2)對曲軸進行校直；(3)對曲軸沉割槽進行強化滾壓；(4)對曲軸進行精加工(精磨、動平衡、超精拋光)。具體為粗加工階段性各工序的軸向尺寸加工基準和測量基準都採用基準統一的原則，以曲軸小頭端中心孔的倒錐和其內切球的內切圓為此基準，以達到加工成本低廉、測量誤差小、刀具預調方便的目的。
粗加工包括a、打曲軸兩端中心孔並銑平衡塊兩側面；b、車曲軸小頭端外圓和平衡塊外圓；c、車曲軸大頭端外圓；d、車拉曲軸主軸頸、連杆頸，一次性車拉出所有的主軸頸或連杆頸的軸頸、側面和沉割槽；e、槍鑽曲軸油道孔。
對曲軸進行校直；依據上述滾壓參數對曲軸沉割槽進行強化滾壓，滾壓變形量為主軸頸的最大跳動量0.25mm，曲軸總伸長量為0.40±0.10mm。
精加工包括a、精磨曲軸連杆頸的軸頸和側面，其兩側面採用對中心、等餘量磨削；b、採用對中心、等餘量的方法精車第二主軸頸兩側的止推面；c、加工兩端的孔系和銑鍵槽；d、以兩端中心孔為基準，精磨曲軸主軸頸；e、精磨大、小兩端的外園；f、進行曲軸鑽孔除重動平衡；g、進行曲軸拋光超精加工。
精加工中磨削速度為40-50m/s，保證磨削後所有軸頸的表面粗糙度穩定在Ra0.63～1.25之間。
通過上述工藝，我們生產出的1.4升系列不淬火曲軸平均疲勞極限為2.235，離散度為0.120；生產出的1.6升系列不淬火曲軸平均疲勞極限為1.955，離散度為0.146；均滿足使用要求；所有尺寸都合格，且各尺寸的工序能力指數在1.20以上；一次100小時/兩次500小時/一次1000小時的發動機超載超速臺架試驗均順利通過。
權利要求
1.採用珠光體球墨鑄鐵鑄態毛坯生產不淬火曲軸的方法，其特徵方法是它是以珠光體球墨鑄鐵鑄態曲軸毛坯為加工對象，其加工方法為(1)對曲軸毛坯進行粗加工；(2)對曲軸進行校直；(3)對曲軸沉割槽進行強化滾壓；(4)對曲軸進行精加工(精磨、動平衡、超精拋光)。其中滾壓參數為滾壓力正時端主軸頸滾壓力5000-10000牛頓，其他主軸頸滾壓力10000-20000牛頓；連杆頸的滾壓力為10000-20000牛頓；滾壓速度12-18m/min；滾壓圈數升壓過程3-6圈，滾壓過程10-15圈，降壓過程3-6圈。
2.如權利要求1所述採用珠光體球墨鑄鐵鑄態毛坯生產不淬火曲軸的方法，其特徵是珠光體球墨鑄鐵鑄態毛坯材料為毛坯狀態鑄態；石墨形態球狀；珠光體含量＞80％；游離碳化物≤3％；抗拉強度≥840Mpa；屈服強度≥450Mpa；碳含量3.5-3.8％；矽含量2.0-2.6％；錳含量0.75-1.1％；銅含量0.40-0.65％；硬度HB 250-335；衝擊功≥4J/cm2。
3.如權利要求1所述採用珠光體球墨鑄鐵鑄態毛坯生產不淬火曲軸的方法，其特徵是粗加工以曲軸小頭端中心孔的倒錐和其內切球的內切圓為軸向定位基準。
4.如權利要求1所述採用珠光體球墨鑄鐵鑄態毛坯生產不淬火曲軸的方法，其特徵是精加工軸頸時，軸向尺寸採用兩側面對中心、等餘量加工的方法。
全文摘要
本發明公開了一種採用珠光體球墨鑄鐵鑄態毛坯生產不淬火曲軸的方法。它是以珠光體球墨鑄鐵鑄態曲軸毛坯為加工對象，其加工方法為(1)對曲軸毛坯進行粗加工；(2)對曲軸進行校直；(3)對曲軸沉割槽進行強化滾壓；(4)對曲軸進行精加工。其中滾壓參數為滾壓力正時端主軸頸滾壓力5000－10000牛頓，其他主軸頸滾壓力10000－20000牛頓；連杆頸的滾壓力為10000－20000牛頓；滾壓速度12－18m/min；滾壓圈數升壓過程3－6圈，滾壓過程10－15圈，降壓過程3－6圈。該工藝方法較現有工藝方法，省略了傳統的「正火、淬火+回火」工序，大大縮短了工藝路線，降低曲軸生產成本、減輕勞動強度，改善工作環境，企業無需投於大量資金購買淬火、回火和正火等熱處理設備。
文檔編號F16C3/04GK1396389SQ0213877
公開日2003年2月12日 申請日期2002年7月11日 優先權日2002年7月11日
發明者李雲健 申請人:神龍汽車有限公司