車用曲軸圓角強(qiáng)化工藝改進(jìn)研究

摘 要 某車用三缸曲軸原來采用整體鹽浴氮化工藝，經(jīng)氮化處理的曲軸具有優(yōu)異的耐磨性、耐疲勞性。但近期為了執(zhí)行國(guó)家環(huán)保要求，要我公司用圓角淬火成品曲軸全面替代氮化成品曲軸。由于該曲軸的結(jié)構(gòu)很單薄，英國(guó)原設(shè)計(jì)采用鹽浴氮化對(duì)曲軸進(jìn)行整體強(qiáng)化，現(xiàn)在要求切換成圓角淬火曲軸，疲勞試驗(yàn)安全系數(shù)≥1.3，有許多關(guān)鍵指標(biāo)需要控制。

關(guān)鍵詞 曲軸；圓角；工藝改進(jìn)

1 原材料的選用

選定一種合適的原材料，要滿足疲勞試驗(yàn)安全系數(shù)要求，同時(shí)具有優(yōu)良的性價(jià)比。根據(jù)以往圓角淬火曲軸使用材料，選定 42CrMoA材料。

2 鍛造過程

確定合適的料段加熱后出爐溫度，保證鍛打過程材料在型腔內(nèi)填充飽滿。

3 毛坯熱處理過程

本次疲勞試驗(yàn)結(jié)果：按1700N.m加載，2件通過，2件未通過，通過率50%。解剖1件未通過的試樣，其抗拉強(qiáng)度931MPa；屈服強(qiáng)度772MPa，斷后伸長(zhǎng)率16.5%，斷面收縮率65，性能指標(biāo)均合格。

但疲勞試驗(yàn)未能穩(wěn)定通過1700N.m。經(jīng)分析，原因是抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度較低，故判斷在下次試驗(yàn)時(shí)抗拉強(qiáng)度應(yīng)控制在940MPa以上，屈服強(qiáng)度應(yīng)控制在780MPa以上（采用本鋼模鑄42CrMoA 材料）。

疲勞試驗(yàn)總結(jié)：以上共做完23塊疲勞試樣。

按1700N.m加載4個(gè)，全部通過，通過率100%

按1750N.m加載9個(gè)，7過2斷，通過率78%

按1800N.m加載6個(gè)，5過1斷，通過率83%

按1850N.m加載2個(gè)，1過1斷，通過率50%

按1900N.m加載1個(gè)，全部通過，通過率100%

按1950N.m加載1個(gè)，全部斷裂，通過率0%

可以看出：該曲軸按1700—1800N.m加載，其通過率是較為穩(wěn)定的 （該曲軸疲勞極限1715N.m）。加載到1850N.m及以上，通過率就較低了。

舍棄無效及異常數(shù)據(jù)，可得50%存活率的疲勞極限為

M-1（50%）=[（1800+1850）/2+（1800+1850）/2+（1800+1850）/2+（1800+1850）/2+（1800+1850）/2+ （1750+1800）/2]/6=1816.7N·m

子樣標(biāo)準(zhǔn)差Sn-1==20.4

變異系數(shù)μ=Sn-1/M-1（50%）=20.4/1800=0.0112

存活率為50%時(shí)的安全系數(shù)為

n= M-1（50%）/ M-1=1816.7/1319=1.38

存活率99.9%時(shí)的曲軸疲勞極限

M-1（99.9%）=M-1（50%）-α×K×Sn-1 1816.7-3.09×1.051×20.4=1750.4N·m

由標(biāo)準(zhǔn)中附表可知，置信度95%、相對(duì)誤差限度5%時(shí)為了估計(jì)99.9%存活率所需的最少子樣為6時(shí)，變異系數(shù)最大值為0.0476，而該次試驗(yàn)μ=0.0112 <0.0476，故精度滿足要求。

存活率為99.9%時(shí)的安全系數(shù)為

n= M-1（99.9%）/ M-1= 1750.4/1319 = 1.33

7 結(jié)束語(yǔ)

安全系數(shù)1.33，變異系數(shù)0.0112，符合該曲軸疲勞試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足了雷沃動(dòng)力三缸曲軸安全系數(shù)≥1.30的要求。

作者簡(jiǎn)介

王姝（1986-），女，遼寧丹東；畢業(yè)院校：遼寧石油化工大學(xué)，專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，學(xué)歷：本科學(xué)歷，現(xiàn)就職單位：遼寧五一八內(nèi)燃機(jī)配件有限公司，研究方向：機(jī)械加工方向。