船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸。該船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸，包括：主軸頸，安裝在缸體上；連桿頸，其與連桿大頭孔連接；平衡塊，主軸頸及連桿頸與平衡塊的軸頸過渡圓角處分別沉割出滾壓圓角。該船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸結(jié)構(gòu)簡單合理，采用圓角滾化強(qiáng)化曲軸，提高了疲勞強(qiáng)度，且由于滾壓強(qiáng)化后不需再精磨加工圓角且能確保跳動(dòng)變形合格，故加工工藝性比氮化曲軸好，而且成本低廉。
【專利說明】船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸。
【背景技術(shù)】
[0002]曲軸是柴油機(jī)的主要旋轉(zhuǎn)機(jī)件，它的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源，也是整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的源動(dòng)力。曲軸工作時(shí)要承受巨大的彎曲及扭轉(zhuǎn)復(fù)合負(fù)荷，因此要求曲軸具有高的疲勞強(qiáng)度及可靠性，曲軸常用材料有鍛鋼及球墨鑄鐵兩種?，F(xiàn)6000噸以上船用柴油機(jī)所使用的曲軸絕大多數(shù)為鍛鋼曲軸，也有少部份球鐵曲軸。為了提高大型曲軸的疲勞強(qiáng)度，鋼曲軸通常要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，強(qiáng)度要求更高的鍛鋼曲軸還要進(jìn)行軸頸表面+圓角淬火強(qiáng)化處理，鋼曲軸的雖強(qiáng)度高，可靠性好，但其價(jià)格昂貴，已占到整機(jī)成本的20-30%。而大型船用球鐵曲軸目前都是采用正火或表面氮化強(qiáng)化處理，但這種球鐵曲軸的疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)比鍛鋼曲軸低，只能達(dá)到鋼曲軸強(qiáng)度的60%，存在可靠性差問題；同時(shí)已到成品尺寸的曲軸經(jīng)最后高溫氮化處理后容易產(chǎn)生彎曲變形使跳動(dòng)超差，如長2000mm的某型號船用球鐵曲軸，采用表面氮化強(qiáng)化處理，技術(shù)要求氮化后曲軸變形跳動(dòng)量要不大于0.15mm,但實(shí)際有超過20%的曲軸氮化變形跳動(dòng)量大于0.25mm而面臨報(bào)廢。故目前的大型船用球鐵曲軸制造成本雖然比鍛鋼曲軸低40%?50%,但由于存在使用安全系數(shù)低、可靠性差及產(chǎn)品加工合格率低等質(zhì)量問題，嚴(yán)重限制其代替鋼曲軸大規(guī)模使用及在更大功率的船機(jī)及發(fā)電機(jī)上應(yīng)用。另外目前大型船用的曲軸，根據(jù)強(qiáng)化工藝需要，曲軸均采用大圓角結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由于要同時(shí)磨削軸頸表面及圓角，使磨削加工困難,因此生產(chǎn)效率也低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中缺陷，提供了一種結(jié)構(gòu)合理，疲勞強(qiáng)度高，可靠性好，加工工藝簡單的船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸。
[0004]為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明提供了一種船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸，包括:
[0005]主軸頸，安裝在缸體上；
[0006]連桿頸，其與連桿大頭孔連接；
[0007]平衡塊，主軸頸及連桿頸與平衡塊的軸頸過渡圓角處分別沉割出滾壓圓角。
[0008]上述技術(shù)方案中，滾壓圓角的半徑為曲軸軸頸直徑的(0.025?0.035)倍。
[0009]上述技術(shù)方案中，船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸的毛坯采用鐵模覆砂工藝以整體成型鑄造出來后，并進(jìn)行正火處理。
[0010]上述技術(shù)方案中，滾壓圓角滾壓前對所述主軸頸及連桿頸的軸頸表面進(jìn)行淬火及回火處理，其淬硬層的兩端與滾壓圓角的距離約為(I?3) mm。
[0011]上述技術(shù)方案中，淬硬層深度(1.3?3.0) mm，回火硬度要求為(45?52) HRC。
[0012]上述技術(shù)方案中，該船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸在曲軸滾壓機(jī)上用半徑小于所述滾壓圓角(0.2?0.3) mm的滾輪對其進(jìn)行圓角深度滾壓強(qiáng)化處理。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:該船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸結(jié)構(gòu)簡單合理，采用圓角滾化強(qiáng)化曲軸，提高了疲勞強(qiáng)度，且由于滾壓強(qiáng)化后不需再精磨加工圓角且能確保跳動(dòng)變形合格，故加工工藝性比氮化曲軸好，而且成本低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明的船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸的滾壓示意圖；
[0016]附圖標(biāo)記說明:
[0017]1-船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸，11-主軸頸，12-連桿頸，13-平衡塊，14-滾壓圓角，15-淬硬層，16-滾輪。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受【具體實(shí)施方式】的限制。需要理解的是，本發(fā)明的以下實(shí)施方式中所提及的“上”、“下”、“左”、“右”、“正面”和“反面”均以各圖所示的方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，這些用來限制方向的詞語僅僅是為了便于說明，并不代表對本發(fā)明具體技術(shù)方案的限制。
[0019]本發(fā)明的船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸結(jié)構(gòu)合理，采用圓角滾化強(qiáng)化曲軸，提高了疲勞強(qiáng)度，且由于滾壓強(qiáng)化后不需再精磨加工圓角且能確保跳動(dòng)變形合格，故加工工藝性比氮化曲軸好，而且成本低廉。
[0020]如圖1所示，該船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要旋轉(zhuǎn)機(jī)件，裝上連桿后，可承接連桿的上下(往復(fù))運(yùn)動(dòng)變成循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運(yùn)動(dòng)。是發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)重要的機(jī)件，其材料是由球墨鑄鐵制成的，具體結(jié)構(gòu)包括:主軸頸11和連桿頸12，以及平衡塊13，其中，主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，這樣，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，以將活塞的上下(往復(fù))運(yùn)動(dòng)變成該船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸的循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運(yùn)動(dòng)。
[0021]該船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸I的毛坯采用鐵模覆砂工藝以整體成型鑄造出來后，為了提高曲軸基體強(qiáng)度，要對曲軸毛坯進(jìn)行正火處理。然后再流轉(zhuǎn)機(jī)加工，在半精加工曲軸主軸頸11及連桿頸12工序時(shí)，要留有1.5mm左右的余量給后續(xù)磨削加工，并在各個(gè)主軸頸11及連桿頸12與平衡塊13的軸頸過渡圓角處分別沉割數(shù)控車出一個(gè)滾壓圓角14(如圖1示)，滾壓圓角14的半徑R可取值(0.025?0.035) D ( D為軸頸的直徑)。沉割后軸頸圓角半徑減小，有利于形成滾壓殘余壓應(yīng)力集中，能夠產(chǎn)生更大的殘余壓應(yīng)力，不但有效地補(bǔ)償了沉割引起的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，而且使曲軸的疲勞強(qiáng)度提高了 90?110%。同時(shí)這種圓角結(jié)構(gòu)由于不需再磨削圓角，非常有利后續(xù)的軸頸精磨加工。
[0022]滾壓前對曲軸進(jìn)行主軸頸11及連桿頸12的軸頸表面進(jìn)行淬火及回火處理，以提高曲軸的耐磨性，淬硬層15的兩端與滾壓圓角14的距離約為I?3mm，以防止淬火應(yīng)力影響降低曲軸滾壓強(qiáng)化效果，成品淬硬層深度1.3?3.0mm,曲軸的回火硬度要求為45?52HRC。
[0023]如圖2所示，曲軸回火后流轉(zhuǎn)到滾壓工序，在大型的曲軸滾壓機(jī)上用半徑略小于沉割圓角0.2?0.3mm的滾輪16對主軸頸、連桿頸的滾壓圓角14進(jìn)行圓角深度滾壓強(qiáng)化處理。最后還要精磨軸頸表面，這樣前面加工工序引起曲軸的彎曲變形，會(huì)在磨削工序能得以消除，從而確保了這種大型球鐵曲軸的變形跳動(dòng)量能100%滿足技術(shù)要求。[0024]該船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸I用圓角滾化強(qiáng)化球鐵曲軸，由于滾壓強(qiáng)化后不需再精磨加工圓角且能確保跳動(dòng)變形合格，故加工工藝性比氮化曲軸好，而且成本低廉，更重要是這種球鐵曲軸的強(qiáng)度已接近鋼軸的強(qiáng)度水平，且球鐵曲軸缺口敏感性比鋼軸好，因此完全可以代替鋼曲軸軸拓展應(yīng)用到高爆壓、大負(fù)荷的船機(jī)上。
[0025]下表為同型號三種不同技術(shù)狀態(tài)某大型船用曲軸的強(qiáng)度比較:
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸，其特征在于，包括: 主軸頸，安裝在缸體上； 連桿頸，其與連桿大頭孔連接； 平衡塊，所述主軸頸及連桿頸與平衡塊的軸頸過渡圓角處分別沉割出滾壓圓角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸，其特征在于:所述滾壓圓角的半徑為曲軸軸頸直徑的0.025至0.035倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸，其特征在于:所述船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸的毛坯采用鐵模覆砂工藝以整體成型鑄造出來后，并進(jìn)行正火處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸，其特征在于:所述滾壓圓角滾壓前對所述主軸頸及連桿頸的軸頸表面進(jìn)行淬火及回火處理，其淬硬層的兩端與滾壓圓角的距離約為I至3_。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸，其特征在于:所述淬硬層深度1.3至3.0mm,回火硬度要求為45至52HRC。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸，其特征在于:該船用發(fā)動(dòng)機(jī)球墨鑄鐵曲軸在曲軸滾壓機(jī)上用半徑小于所述滾壓圓角0.2至0.3mm的滾輪對其進(jìn)行圓角深度滾壓強(qiáng)化處理。
【文檔編號】F16C3/08GK103438088SQ201310280639
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月5日
【發(fā)明者】李勇強(qiáng), 于筍, 廖繼光, 蔚興建, 韋文學(xué), 陶前昭 申請人:廣西玉柴機(jī)器股份有限公司