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曲軸圓角滾壓加工的方法和作用

曲軸的強化,最常用的有圓角滾壓、噴丸、圓角淬火、氮化等,而圓角滾壓工藝具有以下的優點:提高疲勞強度的幅度為30%-200%;加工成本低,可使用強度較低的材料;加工時間短(<3分鐘/根);工藝簡單;設備價格低。該工藝已在國外廣泛應用于汽車內燃機曲軸的制造,尤其在中小功率內燃機及轎車發動機曲軸上使用更加普遍。圖3-4為典型切線滾壓沉割圓角加工時滾輪與曲軸的位置關系,滾輪和曲軸分別繞自身軸線旋轉并在圓角處對滾。

曲軸滾壓顯著提高曲軸疲勞強度的機理在于:①滾壓后形成沿一定層深分布的殘余壓縮預應力,曲軸滾壓強化本質上屬于一種預應力強化手段,滾輪在滾壓力的作用下,使金屬表層產生塑性變形,并產生永久的殘余壓應力,這種殘余壓應力可以抵消部分在交變彎曲力矩作用下的拉應力和沖擊力,部分或全部消除拉應力,使疲勞強度大幅度提高,一般認為殘余壓縮預應力是曲軸強度提高的主要原因;②表層形貌的改變和表層材料的硬化,由于滾輪以較大的滾壓力作用在曲軸圓角表面,使表面微觀不平度減小,降低圓角粗糙度,減小金屬表面的應力集中,使裂紋萌生時的疲勞壽命大大地增加,從而達到提高零件疲勞強度的目的。另外,滾壓后表面微觀組織結構發生了變化,如組織硬化、位錯密度提高等,從而提高了防疲勞裂紋擴展的能力,使其擴展速率下降。特別是對于球鐵曲軸,由于磨削后在軸頸表面形成鐵素體毛刺,這些毛刺用其他加工方法很難完全消除,使軸瓦磨損加大。而滾壓時支撐輪輾過軸頸表面,將毛刺壓入軸頸表面,有利于提高軸瓦的壽命,這是球墨鑄鐵曲軸尤其適合滾壓強化的主要原因。

上述分析表明,曲軸滾壓強化效果的改善需要從兩個方面考慮,即合理控制滾壓載荷以獲得數值大小適中、分布合理的滾壓殘余壓應力;合理設計并選擇滾壓運動及結構參數以改善被滾壓表面的形貌、消除微觀裂紋。


 
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