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噴丸強化讓曲軸更耐用

   汽車制造行業的工程師越來越依賴噴丸強化技術來改善和提高汽車關鍵部件的抗疲勞壽命,并將這些因素在轎車、卡車、摩托車等設計的較初就加以充分考慮和重視。該噴/拋丸強化技術和工藝的現已經在幾乎大部分發動機零件的設計中得到應用,包括:曲軸 (去氧化皮和強化)、連桿 (強化)、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。而在實際生產中,大量的汽車零部件,無論是鑄/鍛件、壓鑄件,機械切削件、焊接件都需要利用不同類型的噴/拋設備進行表面處理,如去除氧化皮,去毛刺、清砂和清理其他表面雜質。

  有 數 據 證 明 , 通 過 噴 丸 強化,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,零件可設計得更輕巧,一些原來因工藝規格要求不得不使用昂貴材質的零件現在也可替換使用低價格材料,通過噴丸強化能達到同等甚至更好的性能標準。

  曲軸的拋丸清理

  作為制造流程的一個環節,熱處理過的曲軸需要經由拋丸清理來去除表面的熱氧化皮。曲軸被置于旋轉輥輪上,在滾動時,曲軸所有表面被充分暴露在多個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的類型。對于大的發動機,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??捎袔追N工作方式,客戶根據自己廠房車間的實際情況,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,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進行拋丸清理。曲軸被懸掛在*個吊鉤上,然后通過懸鏈的轉動被送入安裝有多個拋頭的拋丸室,進行拋丸清理。吊鉤在拋丸室里旋轉,讓工件充分曝露在高速丸流下,邊旋轉邊通過。其清理速度可達到250件/h,且清理效果非常好。

  盡管對流程控制的要求不如強化那么嚴苛,但現代的曲軸拋丸清理設備也通過對流程參數的監控來保證清理質量。

  曲軸的強化

  由于曲軸在交變應力作用下工作,其軸頸面變化轉接圓角處發生應力疲勞和應變破壞的危險性極大。目前,通過噴丸強化來改變曲軸抗疲勞性能已在相當廣泛的范圍內被普遍應用,且效果相當滿意。

  相對于傳統滾壓工藝的缺陷,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象,而且滾壓后的曲軸變形較大,效果不佳。而噴丸強化的機理是利用嚴格控制直徑并具有*定強度的丸粒,在高速氣流作用下,形成彈丸流并連續向曲軸金屬表面噴射,就像用無數個小錘進行錘擊,使曲軸表面產

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

  對于噴丸強化過程,有兩個較關鍵的參數:

  (1)應力強度 這通常是采

  用“阿爾門試片”,進行強度檢測。多個試片固定在曲軸的不同表面,特別是應力較集中的曲軸截面變化轉接圓角處,一同進行噴丸,試片上產生的壓應力影響導致試片弓曲。曲率的擴大變化與丸料沖擊的能量成比例。

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

  根據曲軸的硬度和理想的導入壓應力強度,通常曲軸噴丸強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)。這樣產生在“阿爾門試片”上的強度范圍約在0.008~0.010 C(0.025 on the A scale)。

  相較于拋丸清理,噴丸強化的工藝參數監控更為嚴苛,就曲軸強化應用,需要監控的參數包括:噴丸速度、噴丸強度、丸粒直徑、噴丸的距離、強化的時間和覆蓋率。這些參數中任意*個的變化,都會不同程度地影響曲軸表面強化的效果。

  結語

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

  先進、精密的帶電腦程控技術的噴丸設備更能對噴丸流程進行嚴密監控,以確保噴丸質量恒定性和可重復性。目前,全球很多著名的汽車整車產商、零部件制造商都已將強化列入標準的生產工藝流程中。強化設備也與其他制造設備形成完整的現代制造流水線

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