曲轴滚压强化机液压系统的设计

　　曲轴是发动机中重要的零部件之一,其加工质量直接影响发动机的性能。由于受循环应力和应变的作用,曲轴局部产生渐进性永久变形,最终导致裂纹或完全断裂。因此使用前需要进行强化处理。曲轴圆角滚压强化是提高曲轴综合机械性能的关键技术之一,压强化原理其特点是强化效果显著、生产效率高和成本低。曲轴圆角滚压强化原理如图1所示。研究表明,球铁曲轴经圆角滚压后寿命可提高120% ~300%,钢曲轴寿命可提高70% ~150%[1]。作者从曲轴滚压机的工作特点出发,设计了三级变压的液压系统。

　　1　工艺参数的选择

　　1　工艺参数的选择

　　1·1　滚压力

　　滚压力是影响强化效果的一个重要参数。强化效果主要以残余压应力和滚压层深度(硬化层)来衡量。在一定范围内,加大滚压力,则残余应力和滚压层深度相应增加,强化效果提高。但滚压是利用塑性变形的一种强化方法,不可能使残余压应力和滚压层深度超过限度,否则会使滚压表面起皮,甚至剥落、变形,反而降低滚压效果。因此,往往把滚压力限制在中等范围内,最大残余应力在材料屈服点的1·5倍,滚压层最大硬度在材料硬度的1·5倍为宜[2]。

　　滚压力的选择由滚压工具、曲轴材质、结构及工作状况所决定[3]。曲轴类型不同,滚压力亦不同,一般根据滚压层深度确定滚压力,预定滚压层深度a,计算滚压力p。

　　式中: R1为滚轮半径, R2为连杆轴颈圆角半径, R3为主轴颈圆角半径, R4为相关轴颈半径,σs为曲轴材质屈服强度。

　　滚压层深度对于汽车、拖拉机用内燃机曲轴,取其连杆轴颈直径的1/30左右,依据公式(1),确定液压系统滚压力为9 800N。

　　1·2　滚压次数

　　曲轴圆角在滚压过程中形成环形压痕,金属沿切线和圆角方向流动,圆角两侧堆积金属会形成凸缘。在给定压力下,当滚压至一定次数后,压痕深度和凸缘高度达到最大值,不再继续扩展,滚压深度和残余应力亦不会再增加[4]。若继续滚压只会引起曲轴变形量增大、滚压表面光洁度下降,甚至起皮。所以滚压次数不宜过多,一般在10~25次之间为宜[5]。这里选取20次,压力分布及滚压圈数分布如图2所示。

　　1·3　滚压速度

　　滚压速度是指切线速度。圆角表层金属在滚压过程中会产生塑性流动,特别是滚轮滚压处更为明显。当滚压速度太高时,即使冷却润滑条件充分,也会使滚压表面出现烧伤和撕裂。这不仅会降低滚压表面质量,损坏滚压工具,而且还会增大曲轴弯曲变形。当滚压速度过低时,曲轴扭转变形会增加,轴向还略有延伸。