噴丸強(qiáng)化讓曲軸更耐用

   汽車制造行業(yè)的工程師越來越依賴噴丸強(qiáng)化技術(shù)來改善和提高汽車關(guān)鍵部件的抗疲勞壽命,并將這些因素在轎車、卡車、摩托車等設(shè)計(jì)的較初就加以充分考慮和重視。該噴/拋丸強(qiáng)化技術(shù)和工藝的現(xiàn)已經(jīng)在幾乎大部分發(fā)動機(jī)零件的設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用,包括:曲軸 (去氧化皮和強(qiáng)化)、連桿 (強(qiáng)化)、傳動齒輪和其他軸類零件、齒圈、活塞,太陽齒和行星齒、板簧和圓簧。而在實(shí)際生產(chǎn)中,大量的汽車零部件,無論是鑄/鍛件、壓鑄件,機(jī)械切削件、焊接件都需要利用不同類型的噴/拋設(shè)備進(jìn)行表面處理,如去除氧化皮,去毛刺、清砂和清理其他表面雜質(zhì)。

  有 數(shù) 據(jù) 證 明 , 通 過 噴 丸 強(qiáng)化,能讓板簧的抗疲勞壽命延長600%,傳動齒輪的抗疲勞壽命延長1500%,曲軸的抗疲勞壽命延長900%。毫無疑問,通過噴丸強(qiáng)化讓零件的抗疲勞性能和耐腐蝕性能得到提高,無論是對零件的使用壽命還是使用安全性都意義重大。利用該工藝,零件可設(shè)計(jì)得更輕巧,一些原來因工藝規(guī)格要求不得不使用昂貴材質(zhì)的零件現(xiàn)在也可替換使用低價(jià)格材料,通過噴丸強(qiáng)化能達(dá)到同等甚至更好的性能標(biāo)準(zhǔn)。

  曲軸的拋丸清理

  作為制造流程的一個(gè)環(huán)節(jié),熱處理過的曲軸需要經(jīng)由拋丸清理來去除表面的熱氧化皮。曲軸被置于旋轉(zhuǎn)輥輪上,在滾動時(shí),曲軸所有表面被充分暴露在多個(gè)拋頭拋射出的丸流下,多角度的丸粒的沖擊,使曲軸的外表面都以徹底清理。曲軸的尺寸決定了選用拋丸機(jī)的類型。對于大的發(fā)動機(jī),曲軸尺寸可能大到30″(直徑,762mm)×20′(長,6096 mm), 曲軸被置放在安裝在臺車上的*組滾輪之間。可有幾種工作方式,客戶根據(jù)自己廠房車間的實(shí)際情況,選擇固定拋頭,讓臺車在拋頭下移動;也可固定臺車,移動上方的拋頭,無論哪種方式,安放在滾輪間的曲軸不停地旋轉(zhuǎn),使其各表面都接受充分拋丸清理。

  小一些的曲軸,尺寸基本上在6~ 8″(直徑,152 ~ 203 mm)×36″(長,914 mm),通常是利用旋吊式拋丸機(jī)進(jìn)行拋丸清理。曲軸被懸掛在*個(gè)吊鉤上,然后通過懸鏈的轉(zhuǎn)動被送入安裝有多個(gè)拋頭的拋丸室,進(jìn)行拋丸清理。吊鉤在拋丸室里旋轉(zhuǎn),讓工件充分曝露在高速丸流下,邊旋轉(zhuǎn)邊通過。其清理速度可達(dá)到250件/h,且清理效果非常好。

  盡管對流程控制的要求不如強(qiáng)化那么嚴(yán)苛,但現(xiàn)代的曲軸拋丸清理設(shè)備也通過對流程參數(shù)的監(jiān)控來保證清理質(zhì)量。

  曲軸的強(qiáng)化

  由于曲軸在交變應(yīng)力作用下工作,其軸頸面變化轉(zhuǎn)接圓角處發(fā)生應(yīng)力疲勞和應(yīng)變破壞的危險(xiǎn)性極大。目前,通過噴丸強(qiáng)化來改變曲軸抗疲勞性能已在相當(dāng)廣泛的范圍內(nèi)被普遍應(yīng)用,且效果相當(dāng)滿意。

  相對于傳統(tǒng)滾壓工藝的缺陷,即由于受曲軸加工工藝性的限制,各軸頸圓角很難與滾輪相吻合,往往造成圓角的啃切現(xiàn)象,而且滾壓后的曲軸變形較大,效果不佳。而噴丸強(qiáng)化的機(jī)理是利用嚴(yán)格控制直徑并具有*定強(qiáng)度的丸粒,在高速氣流作用下,形成彈丸流并連續(xù)向曲軸金屬表面噴射,就像用無數(shù)個(gè)小錘進(jìn)行錘擊,使曲軸表面產(chǎn)

  生極為強(qiáng)烈的塑性變形,形成冷作硬化層。簡單而言,由于曲軸在加工中受各種機(jī)械切削力的作用,其表面,特別是曲軸截面變化轉(zhuǎn)接圓角處的應(yīng)力分布極不均勻,工作中又受交變應(yīng)力作用,因此很容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕而使曲軸的疲勞壽命降低。而噴丸強(qiáng)化工藝就是通過引入一個(gè)預(yù)壓應(yīng)力來抵消零件在以后工作周期會受到的拉應(yīng)力,從而提高工件抗疲勞性能和安全使用壽命。

  對于噴丸強(qiáng)化過程,有兩個(gè)較關(guān)鍵的參數(shù):

  (1)應(yīng)力強(qiáng)度 這通常是采

  用“阿爾門試片”,進(jìn)行強(qiáng)度檢測。多個(gè)試片固定在曲軸的不同表面,特別是應(yīng)力較集中的曲軸截面變化轉(zhuǎn)接圓角處,一同進(jìn)行噴丸,試片上產(chǎn)生的壓應(yīng)力影響導(dǎo)致試片弓曲。曲率的擴(kuò)大變化與丸料沖擊的能量成比例。

  (2)另一個(gè)確定噴丸質(zhì)量的主要參數(shù)是覆蓋率 所謂覆蓋率是指強(qiáng)化后表面彈坑占據(jù)的面積與總強(qiáng)化表面的比值,該參數(shù)是由曲軸的設(shè)計(jì)工程師來定義,通常是在100%~200%,有些曲軸應(yīng)用可能要求覆蓋率高于200%。

  根據(jù)曲軸的硬度和理想的導(dǎo)入壓應(yīng)力強(qiáng)度,通常曲軸噴丸強(qiáng)化使用的丸粒硬度在50~55 H R C,大小在S 280~S 330 (0.7~0.84m m)。這樣產(chǎn)生在“阿爾門試片”上的強(qiáng)度范圍約在0.008~0.010 C(0.025 on the A scale)。

  相較于拋丸清理,噴丸強(qiáng)化的工藝參數(shù)監(jiān)控更為嚴(yán)苛,就曲軸強(qiáng)化應(yīng)用,需要監(jiān)控的參數(shù)包括:噴丸速度、噴丸強(qiáng)度、丸粒直徑、噴丸的距離、強(qiáng)化的時(shí)間和覆蓋率。這些參數(shù)中任意*個(gè)的變化,都會不同程度地影響曲軸表面強(qiáng)化的效果。

  結(jié)語

  正確應(yīng)用可控的噴丸強(qiáng)化技術(shù),能使曲軸和其他在高載荷條件下工作的零件疲勞強(qiáng)度驚人的提高,大大延長零件的抗疲勞壽命。

  先進(jìn)、精密的帶電腦程控技術(shù)的噴丸設(shè)備更能對噴丸流程進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控,以確保噴丸質(zhì)量恒定性和可重復(fù)性。目前,全球很多著名的汽車整車產(chǎn)商、零部件制造商都已將強(qiáng)化列入標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)工藝流程中。強(qiáng)化設(shè)備也與其他制造設(shè)備形成完整的現(xiàn)代制造流水線