一种正火态球墨铸铁曲轴的氮化、沉割圆角滚压强化工艺.pdf

本发明提供了一种正火态球墨铸铁曲轴的氮化、沉割圆角滚压强化工艺，属于一种曲轴的加工工艺，所述的工艺是，对曲轴主轴颈和连杆颈进行圆角沉割，再进行氮化，通过对氮化炉气氛的控制，使曲轴轴颈及圆角表面形成渗氮层，然后对沉割后的圆角利用滚压轮进行滚压。这种强化工艺，可有效提高曲轴的疲劳弯矩及曲轴轴颈耐磨性，疲劳弯矩可提高110.7％以上，表面硬度HV0.1在500-620，适应了高爆发压力的增压中冷发动机的使用要求，使球墨铸铁曲轴也可用于爆发压力12-14MPa甚至更高的增压中冷发动机，从而大幅度降低了曲轴的制造成本。沉割槽的存在消除了滚压凸起，避免了因滚压凸起造成的轴瓦边缘负荷现象。

1、  一种正火态球墨铸铁曲轴的氮化、沉割圆角滚压强化工艺，其特征在于，所述的工艺是，对曲轴主轴颈和连杆颈进行圆角沉割，在圆角处割出沉割槽，再进行氮化，通过对氮化炉气氛的控制，使曲轴轴颈及圆角表面形成渗氮层，其中白亮化合层在外表面以下0.002-0.007mm，扩散层在外表面以下0.08-0.12mm，表面硬度HV_0.1为500-620，然后对沉割后的圆角利用滚压轮进行滚压，滚压时，滚压角度α为30-45°，滚压力P为8000-15000N，滚压半径R为1.5-2.5mm，滚压深度h为0.1-0.5mm，沉割槽半径R’为1.6-2.6mm。

一种正火态球墨铸铁曲轴的氮化、沉割圆角滚压强化工艺
技术领域
本发明涉及一种发动机曲轴的加工工艺，尤其是一种汽车用发动机曲轴的强化工艺。
背景技术
球墨铸铁由于具有高强度、高塑性、高耐磨性、高减震性以及优良的加工性能和较低的生产成本，在汽车发动机曲轴的制造中得到了广泛的应用。特别是在爆发压力为7-9MPa的自然吸气型汽车发动机曲轴中处于绝对优势。然而，近年来随着对汽车发动机排放要求的提高，增压技术在汽车发动机中得到了越来越多的应用。对爆发压力12-14MPa甚至更高的增压中冷发动机，现有的加工工艺生产的发动机曲轴的疲劳弯矩及曲轴轴颈耐磨性等性能，已不能满足服役条件的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种正火态球墨铸铁曲轴的氮化、沉割圆角滚压强化工艺，它能有效提高曲轴的疲劳弯矩及曲轴轴颈耐磨性，以适应高爆发压力的增压中冷发动机的使用要求。
本发明是这样实现的，一种正火态球墨铸铁曲轴的氮化、沉割圆角滚压强化工艺，所述的工艺是，对曲轴主轴颈和连杆颈进行圆角沉割，在圆角处割出沉割槽，再进行氮化，通过对氮化炉气氛的控制，使曲轴轴颈及圆角表面形成渗氮层，其中白亮化合层在外表面以下0.002-0.007mm，扩散层在外表面以下0.08-0.12mm，表面硬度HV_0.1为500-620，然后对沉割后的圆角利用滚压轮进行滚压，滚压时，滚压角度α为30-45°，滚压力P为8000-15000N，滚压半径R为1.5-2.5mm，滚压深度h为0.1-0.5mm，沉割槽半径R’为1.6-2.6mm。
这种氮化、沉割圆角滚压强化工艺可有效提高曲轴的疲劳弯矩及曲轴轴颈耐磨性，疲劳弯矩可提高110.7％以上，表面硬度HV_0.1在500-620，适应了高爆发压力的增压中冷发动机的使用要求，使球墨铸铁曲轴也可用于爆发压力12-14MPa甚至更高的增压中冷发动机，从而大幅度降低了曲轴的制造成本。沉割槽的存在消除了滚压凸起，避免了因滚压凸起造成的轴瓦边缘负荷现象。
附图说明
图1是圆角滚压的示意图。
图2是滚压后的曲轴圆角处的示意图。
图3是曲轴与轴瓦配合的示意图。
图中，1-滚压轮，2-滚压大轮，3-待滚压曲轴，4-轴瓦。
具体实施方式
下面进一步说明本发明。
通过对氮化炉气氛的控制，使曲轴轴颈及圆角表面形成渗氮层，其中白亮化合层在外表面以下0.002-0.007mm，扩散层在外表面以下0.08-0.12mm，表面硬度HV_0.1为500-620时，氮化炉气氛的控制方法为已有技术，不再详述。
所述的氮化是在滚压前的机械加工之后进行的。氮化再经过滚压后制成曲轴成品。本发明所用的滚压装置与现有的滚压装置相同，它上面有滚压大轮2、滚压轮1。滚压时，滚压轮位于滚压大轮与待滚压曲轴3的圆角之间。显然，所述的圆角为外圆角。
如图1所示，在进行圆角滚压时，可根据汽车发动机曲轴的具体设计，以及疲劳弯矩值、轴瓦配合间隙、爆发压力等参数具体确定滚压力P、滚压角度α、滚压深度h、滚压半径R等滚压参数。
最大滚压凸起τ是滚压力P、滚压圆角R、曲轴基体硬度H的函数。
计算最大滚压凸起距曲轴档侧面距离L的公式为：
L≈R+R2-(R-h)2]]>
如图2所示，通过选取P、α、R、h等参数使L≤[(B₁-B₂)/2+1.25]，且使轴瓦4边缘(B₁-B₂)/2处凸起τ_b不超过0.003mm，则不会发生轴瓦边缘负荷现象。
实施例1
待强化的是型号为Y4105的球墨铸铁曲轴，材质为QT800-3。
一种正火态球墨铸铁曲轴的氮化、沉割圆角滚压强化工艺，所述的工艺是，对曲轴主轴颈和连杆颈进行圆角沉割，在圆角处割出沉割槽，再进行氮化，通过对氮化炉气氛的控制，使曲轴轴颈及圆角表面形成渗氮层，其中白亮化合层在外表面以下0.002-0.007mm，扩散层在外表面以下0.08-0.12mm，表面硬度HV_0.1为600，然后对圆角利用滚压轮对沉割后的圆角进行直接滚压，滚压时，滚压角度α为40°，滚压力P为11000N，滚压半径R为1.9mm，滚压深度h为0.4mm，沉割槽半径R’为2.2。
滚压后的强化效果为：氮化、沉割圆角滚压后的疲劳弯矩M_-1＝2415N.m，而正火态不滚压的球墨铸铁曲轴的疲劳弯矩M_-1＝1146N.m，疲劳弯矩提高幅度为110.7％。
上述处理的技术效果，满足增压中冷型发动机疲劳弯矩设计服役条件：M_-1≥2200N.m，以及轴颈耐磨性设计要求：≥HV_0.1500。